新しい機械的に活性な接着剤が筋萎縮と戦う

2022 年 11 月 22 日ジム・ハマランド著

ニチノールのバネとエラストマー絶縁体で作られた、機械的に活性なゲル-エラストマー-ニチノール組織接着剤（マゼンタ）デバイスのプロトタイプ（スケールは1セント硬貨） [写真提供：ハーバード大学ウィス研究所]

彼らはそれを MAGENTA と呼んでいます。これは機械的に活性なゲル - エラストマー - ニチノール組織接着剤の頭字語です。ハーバード大学のウィス生物インスピレーション工学研究所とハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院の研究者は、動物モデルで MAGENTA をテストすることに成功し、その研究結果を Nature Materials に発表しました。

「MAGENTAを使用して、筋肉組織に直接配置して成長のための重要な分子経路を引き起こすことができる、筋肉の機械刺激のための新しい統合多成分システムを開発しました」と、Wyss創設の中心教員である上級著者のデイビッド・ムーニー氏は論文で述べた。ニュースリリース。「この研究は、外部から提供される伸縮運動が動物モデルの萎縮を防ぐことができるという概念実証を最初に提供しますが、私たちは、デバイスのコアデザインは、萎縮が主要な問題であるさまざまな疾患環境に幅広く適応できると考えています」。」

MAGENTA システムは、形状記憶能力により医療機器に使用されるニッケルチタン合金であるニチノールで作られたスプリングを使用しています。加熱されると、ニチノールスプリングは急速に作動し、伸縮サイクルの頻度と期間がプログラムされたマイクロプロセッサユニットによって制御されます。

エラストマー素材が MAGENTA デバイスのニチノールスプリングを絶縁し、「強力な接着剤」で筋肉組織に固定されています。このデバイスは、筋肉の動きの自然な軸に沿って機械的な力を筋肉の奥深くに伝達します。

[イラスト提供：ハーバード大学ウィス研究所]

研究者らはその後、この装置をマウスの足に装着し、最大 2 週間ギプスで固定した。

「未治療の筋肉と、デバイスで治療されたが刺激を受けなかった筋肉は、この期間中に大幅に消耗しましたが、積極的に刺激された筋肉では、筋肉の消耗が減少しました」と、筆頭著者でWyss Technology Development FellowのSungmin Nam氏はニュースリリースで述べた。「私たちのアプローチは、3週間の固定期間ですでに失われた筋肉量の回復を促進し、タンパク質合成と筋肉の成長を引き起こすことが知られている主要な生化学的機械伝達経路の活性化を誘導することもできます。」

これらの画像は、MAGENTA デバイス、マウスのふくらはぎの筋肉に埋め込んだときにどのように見えるか、デバイスがどの程度の変位を引き起こすかを示しています。 [画像提供：ハーバード大学ウィス研究所]

研究者らはまた、ニチノールスプリングをマイクロプロセッサーに接続するワイヤーを交換し、光を使って装置を作動させる実験も行った。皮膚を通って照射されたレーザー光は装置を作動させることができましたが、同じ周波数には到達せず、脂肪組織が光の一部を吸収したようです。

研究者らは、この装置の性能と光に対する感度は改善できると考えていると述べた。

「MAGENTA の一般的な機能と、そのアセンブリをミリメートルから数センチメートルまで簡単に拡大縮小できるという事実により、萎縮を治療するだけでなく、おそらく皮膚、心臓などの再生を促進する将来の機械療法の中心的な部分として興味深いものになる可能性があります。」この形態の機械伝達の恩恵を受ける可能性のある場所です」とナム氏は語った。