Os pesquisadores projetam um tapete de exercícios celular que pode ajudar os cientistas a compreender os efeitos mecânicos do exercício em um nível microscópico. Os pesquisadores criaram uma almofada de gel contendo ímãs que podem simular as forças mecânicas que as células musculares experimentam durante o exercício. Este novo “tapete de exercícios” pode ser útil para testar tratamentos em pacientes com lesões musculares e doenças neuromusculares, ou para desenvolver músculos artificiais para uso em robôs macios.
No corpo humano, as células comunicam-se através de uma combinação de sinais químicos, elétricos e mecânicos, especialmente durante o exercício. Fazer contatos mecânicos célula-célula realistas pode ser difícil para células feitas em laboratório porque muitas vezes causa danos às células.
Os pesquisadores do MIT criaram uma maneira livre de danos para simular os impactos mecânicos que as células musculares esqueléticas recebem durante o exercício – pense nisso como um tapete de ginástica para as células.
“Aqui, queríamos separar os dois principais fatores do movimento – químico e mecânico – e ver como os músculos respondem puramente às forças mecânicas do movimento”, disse Ritu Raman, autor correspondente do estudo.
Os pesquisadores analisaram os ímãs como uma forma de permitir que as células musculares resistissem à força mecânica regularmente e repetidamente, sem causar danos. Os pesquisadores misturaram nanopartículas magnéticas disponíveis comercialmente com uma solução de silicone emborrachada, depois solidificaram a mistura em folhas e cortaram-nas em tiras muito finas. Construímos um protótipo de almofada composta por quatro hastes magnéticas espaçadas um pouco mais, imprensadas entre duas camadas de hidrogel.
Ao colocar células musculares na superfície do tapete, as células redondas alongam-se gradualmente e fundem-se com as células vizinhas para formar fibras. Debaixo da almofada de gel, os pesquisadores colocaram um ímã externo na pista e o programaram para se mover para frente e para trás. Os ímãs embutidos no gel se movem, fazendo com que o gel oscile e crie forças semelhantes às do movimento real das células. Eles “exercitaram” as células por 30 minutos por dia durante 10 dias. Um grupo de células musculares não exercitadas serviu como controle.
“Depois ampliamos e tiramos fotos do gel e descobrimos que as células estimuladas mecanicamente pareciam muito diferentes das células de controle”, disse Raman.
Eles descobriram que as células exercitadas cresceram mais e se transformaram em fibras alinhadas na mesma direção. Em contraste, as células de controlo tenderam a permanecer redondas e desorganizadas. Em circunstâncias normais, as células musculares contraem-se em resposta a impulsos eléctricos dos nervos, mas em condições laboratoriais isto pode danificar as células. Assim, os pesquisadores modificaram geneticamente as células para encolherem quando expostas à luz azul.
"Quando iluminamos um músculo, você pode ver as células de controle batendo, mas algumas das fibras estão batendo dessa maneira e outras daquela, criando uma contração geral muito assíncrona", disse Raman. “Com fibras alinhadas, elas puxam e batem na mesma direção ao mesmo tempo”.
Os pesquisadores dizem que o novo “gel de exercício” poderia servir como uma forma rápida e não invasiva de esculpir fibras musculares e estudar sua resposta ao exercício, o que poderia levar a tratamentos para ajudar as pessoas a se recuperarem de lesões musculares e doenças neuromusculares. Eles também planejam cultivar outros tipos de células no gel e estudar sua resposta ao “exercício”.
"Evidências biológicas mostram que muitos tipos de células respondem a estímulos mecânicos. Esta é uma nova ferramenta para estudar interações", disse Raman.
A pesquisa foi publicada na revista Devices.