Механотерапия, концепция использования механических усилий для стимулирования заживления тканей, десятилетиями использовалась как форма физической терапии для заживления поврежденных мышц. Однако биологические основы и оптимальные настройки для механотерапии все еще плохо изучены, особенно в отношении пожилых пациентов. Учитывая хорошо известное снижение способности к заживлению, которое происходит с возрастом, пожилым пациентам значительно поможет эффективный, неинвазивный подход к лечению опорно-двигательного аппарата в рамках физиотерапии.
Новое междисциплинарное исследование и центр помогает устранить этот пробел в знаниях об эффективности механотерапии для пожилых мышц. Исследование было проведено исследователями из Института биологически вдохновленной инженерии Висса и Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) во главе с основным преподавателем Висса Дэвидом Муни, доктором философии, в сотрудничестве с младшим преподавателем Полом А. Мейдером, профессором инженерных и прикладных наук, Конором Уолшем, доктором философии.
Влияние механотерапии на молодых мышц и В Возрасте Мышцы
В предыдущей работе сотрудники использовали опыт лаборатории Уолша в области носимых роботизированных систем для разработки роботизированного устройства для механотерапии, которое функционирует как высокоразвитый массажный пистолет. Эта технология позволила точно проводить неинвазивную механотерапию к поврежденным мышцам мышей, что позволило команде измерить ее биологические эффекты. Исследователи использовали это устройство для оптимизации величины, продолжительности и частоты приложения силы к мышцам молодых животных для ускорения заживления и обнаружили, что механотерапия ускорила заживление мышц за счет смягчения воспаления после травмы.
Теперь, используя это устройство для механотерапии на старых мышцах, исследователи обнаружили, что та же самая механотерапевтическая процедура, которая помогает молодым мышцам быстрее заживать после травмы, на самом деле оказывает противоположный эффект при старении – настройки, которые способствовали заживлению молодых мышц, усугубляли повреждение старых мышц. В поисках объяснения этим результатам команда обнаружила, что механотерапия усиливала, а не ослабляла воспаление в старых мышцах, в конечном счете препятствуя нормальному процессу заживления, нарушая поведение мышечных стволовых клеток, подмножества клеток, ответственных за замену поврежденной мышечной ткани.
Основываясь на этих результатах, исследователи затем спросили, может ли контроль воспаления наряду с проведением механотерапии помочь достичь лечебных эффектов в старых мышцах. Они обнаружили, что это действительно так: сочетание механотерапии с противовоспалительным лечением значительно улучшило заживление старых мышц и было лучше, чем одно только противовоспалительное лечение. Эта работа, опубликованная в Science Robotics, открывает захватывающий неинвазивный терапевтический путь заживления мышечных травм у пожилых пациентов.
“Наше исследование подчеркивает критические различия в том, как мышечные стволовые клетки и иммунные клетки реагируют на механические воздействия в контексте возраста, и как повышенная регуляция воспаления дополнительно ставит под угрозу функцию старых стволовых клеток, необходимых для регенерации старых мышц”, — говорит Муни, который также является профессором биоинженерии семьи Роберта П. Пинкаса в SEAS. “Таким образом, мышечная механотерапия, вероятно, не будет «универсальной для всех’. Чтобы реализовать их преимущества, они должны быть адаптированы к группам пациентов, и, особенно для пожилых людей, это будет ключом к модуляции воспаления ”.
От неожиданности к решению
Команда обнаружила, что назначение противовоспалительной терапии в виде глюкокортикоидов наряду с механотерапией подавляет ключевые провоспалительные пути и снижает общий уровень воспаления в поврежденных старых мышцах до уровня, наблюдаемого в поврежденных молодых мышцах. Тем не менее, на клеточном уровне мышечные клетки продолжали подвергаться механотрансдукции, и, устраняя негативные последствия воспаления, поврежденные пожилые мышцы могли положительно реагировать на механическую нагрузку, доставляемую роботом.
“Хорошо известно, что с возрастом многие нормальные процессы заживления мышц и воспаления меняются. Важно задаться вопросом, остаются ли те же механизмы, которые наблюдались в исследованиях, проведенных на молодых животных, неизменными с возрастом организма ”, — говорит Макнамара. “Используя то, что мы узнали в этом исследовании и нашей предыдущей работе, и сочетая это с растущим опытом в области носимых мягких роботизированных систем, мы считаем, что в будущем могут быть разработаны персонализированные механотерапевтические подходы для лечения травм в любом возрасте”.