Nuovo microscopio permette di misurare i cambiamenti strutturali nel tessuto muscolare

I biotecnologi della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) situata nelle città di Erlangen e Norimberga, hanno sviluppato un sistema per misurare accuratamente la debolezza muscolare causata da cambiamenti strutturali nel tessuto muscolare. Il nuovo metodo consente di valutare le funzioni muscolari mediante diagnostica per immagini senza la necessità di complicate registrazioni biomeccaniche: in futuro potrebbe persino rendere superfluo il prelievo di campioni di tessuto per la diagnosi di miopatia. I risultati sono stati pubblicati sulla rinomata rivista Light | Science & Applications.
Il muscolo è un organo molto ordinato e strutturato gerarchicamente, ciò si riflette non solo nel raggruppamento parallelo delle fibre muscolari, ma anche nella struttura delle singole cellule. Le miofibrille responsabili della contrazione sono costituite da centinaia di unità di struttura identica collegate una dopo l’altra, questa struttura ordinata determina la forza esercitata e la forza del muscolo. Malattie infiammatorie, degenerative o cancro possono portare a una ristrutturazione cronica di quest’architettura, causando cicatrici, irrigidimento o ramificazione delle fibre muscolari con la conseguente drastica riduzione della funzione muscolare: anche se tali cambiamenti nella morfologia muscolare possono già essere tracciati utilizzando la microscopia multifotonica non invasiva, non è stato ancora possibile valutare con precisione la forza muscolare solo sulla base della diagnostica per immagini.

Il nuovo sistema mette in relazione struttura e resistenza
I ricercatori della cattedra di Biotecnologia medica hanno sviluppato un sistema che permette di misurare la debolezza muscolare causata da cambiamenti strutturali e di valutare otticamente l’architettura muscolare.
Il Prof. Dott. Oliver Friedrich responsabile dell’Istituto biotecnologie mediche, spiega:
«Abbiamo ingegnerizzato un sistema biomeccatronico miniaturizzato e lo abbiamo integrato in un microscopio multifotone, ci permette di valutare direttamente la forza e l’elasticità delle singole fibre muscolari e di registrare le anomalie strutturali».
I ricercatori per dimostrare la capacità di contrazione del muscolo, hanno immerso le cellule muscolari in soluzioni con concentrazioni crescenti di ioni di calcio liberi. Il calcio è anche responsabile dell’attivazione delle contrazioni muscolari nell’uomo e negli animali. E’ stata misurata anche la viscoelasticità delle fibre, allungandole poco a poco, ciò permette a un rivelatore molto sensibile di registrare la resistenza meccanica esercitata dalle fibre muscolari bloccate sul dispositivo.

Pool di dati per una diagnosi semplificata
La tecnologia sviluppata dai ricercatori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) è solo il primo passo per diagnosticare facilmente i disturbi muscolari. ll Prof. Dott. Oliver Friedrich in conclusione ha detto:
«Essere in grado di misurare allo stesso tempo la forza isometrica e la viscoelasticità passiva – mostrando visivamente la morfometria delle cellule muscolari -, ci ha permesso, per la prima volta, di ottenere una diretta coppia di dati struttura-funzione per stabilire correlazioni lineari rilevanti tra la struttura e la funzione dei muscoli a livello di singola fibra».
Il pool di dati sarà utilizzato in futuro per prevedere in modo affidabile le forze e le prestazioni biomeccaniche nel muscolo scheletrico senza la necessità di complesse misurazioni della forza, ciò sarà possibile utilizzando esclusivamente valutazioni ottiche basate solo su immagini SHG (le iniziali stanno per Generazione di seconda armonica detta anche raddoppiamento di frequenza. E’ un processo ottico non lineare in cui due fotoni con la stessa frequenza interagiscono con un materiale non lineare, sono “combinati” e generano un nuovo fotone con il doppio dell’energia dei fotoni iniziali, in modo equivalente, due volte la frequenza e metà della lunghezza d’onda. E’ un caso speciale di generazione di somma-frequenza).
Le cellule muscolari attualmente devono essere rimosse dal corpo prima di poter essere esaminate con un microscopio multifotonico. E’ plausibile che in futuro ciò possa diventare superfluo con la tecnologia necessaria sempre più miniaturizzata, ad esempio, rendendo possibile l’esame della funzione muscolare, utilizzando un microendoscopio.

Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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