Biotechnologen van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een systeem ontwikkeld om spierzwakte veroorzaakt door structurele veranderingen in spierweefsel nauwkeurig te meten. Met de nieuwe methode kan de spierfunctie worden beoordeeld met behulp van beeldvorming zonder dat geavanceerde biomechanische opnames nodig zijn, en zou in de toekomst zelfs het nemen van weefselmonsters voor de diagnose van myopathie overbodig kunnen maken. De resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Licht:wetenschap en toepassingen .

De spier is een sterk geordend en hiërarchisch gestructureerd orgaan. Dit komt niet alleen tot uiting in de parallelle bundeling van spiervezels, maar ook in de structuur van individuele cellen. De myofibrillen die verantwoordelijk zijn voor contractie bestaan ​​uit honderden identiek gestructureerde eenheden die na elkaar zijn verbonden. Deze geordende structuur bepaalt de kracht die wordt uitgeoefend en de kracht van de spier. Ontstekings- of degeneratieve ziekten of kanker kunnen leiden tot een chronische herstructurering van deze architectuur, littekens veroorzaken, verstijving of vertakking van spiervezels en resulterend in een dramatische vermindering van de spierfunctie. Hoewel dergelijke veranderingen in spiermorfologie al kunnen worden gevolgd met behulp van niet-invasieve multifotonmicroscopie, het is nog niet mogelijk geweest om de spierkracht nauwkeurig te beoordelen op basis van alleen beeldvorming.

Nieuw systeem correleert structuur en sterkte

Onderzoekers van de leerstoel Medische Biotechnologie hebben nu een systeem ontwikkeld waarmee spierzwakte veroorzaakt door structurele veranderingen kan worden gemeten en tegelijkertijd de spierarchitectuur optisch kan worden beoordeeld. "We hebben een geminiaturiseerd biomechatronica-systeem ontworpen en geïntegreerd in een multifotonmicroscoop, waardoor we de sterkte en elasticiteit van individuele spiervezels direct kunnen beoordelen en tegelijkertijd structurele anomalieën kunnen registreren, " legt Prof. Dr. Oliver Friedrich uit. Om het vermogen van de spier om samen te trekken te bewijzen, de onderzoekers doopten de spiercellen in oplossingen met toenemende concentraties vrije calciumionen. Calcium is ook verantwoordelijk voor het veroorzaken van spiercontracties bij mens en dier. De visco-elasticiteit van de vezels werd ook gemeten, door ze beetje bij beetje uit te rekken. Een zeer gevoelige detector registreerde mechanische weerstand die werd uitgeoefend door de spiervezels die op het apparaat waren geklemd.

Gegevenspool voor vereenvoudigde diagnose

De technologie ontwikkeld door onderzoekers van FAU is, echter, slechts de eerste stap naar het in de toekomst veel gemakkelijker kunnen diagnosticeren van spieraandoeningen:"Door isometrische kracht en passieve visco-elasticiteit te kunnen meten en tegelijkertijd de morfometrie van spiercellen visueel te tonen, hebben we, Voor de eerste keer, om directe structuur-functie dataparen te verkrijgen, Oliver Friedrich zegt. "Hierdoor kunnen we significante lineaire correlaties vaststellen tussen de structuur en functie van spieren op het niveau van een enkele vezel."

De datapool zal in de toekomst worden gebruikt om op betrouwbare wijze krachten en biomechanische prestaties in skeletspieren te voorspellen, uitsluitend met behulp van optische beoordelingen op basis van SHG-afbeeldingen (de initialen staan ​​voor Second Harmonic Generation en verwijzen naar afbeeldingen die zijn gemaakt met lasers op de tweede harmonische frequentie), zonder de noodzaak van complexe sterktemetingen. Momenteel, spiercellen moeten nog uit het lichaam worden verwijderd voordat ze met een multifotonenmicroscoop kunnen worden onderzocht. Echter, aannemelijk is dat dit in de toekomst overbodig wordt als de benodigde technologie verder kan worden geminiaturiseerd, waardoor de spierfunctie kan worden onderzocht, bijvoorbeeld, met behulp van een micro-endoscoop.