为老年人的无创肌肉治疗扫清道路

机械疗法是使用机械力刺激组织愈合的概念，几十年来一直作为一种物理疗法来帮助治愈受伤的肌肉。然而，机械疗法的生物学基础和最佳设置仍然知之甚少，尤其是对于老年患者。众所周知，随着年龄的增长，愈合能力会下降，老年患者将从有效的、非侵入性的肌肉骨骼治疗方法中受益匪浅。

使用力反馈控制的机器人技术揭示受伤肌肉对机械疗法反应的年龄依赖性差异。

一项新的多学科研究有助于缩小机械疗法对老化肌肉有效性的知识差距。该研究由 Wyss 生物启发工程研究所和哈佛大学 John A. Paulson 工程与应用科学学院 (SEAS) 的研究人员进行，该学院由 Wyss 核心教员 David Mooney 博士领导。与副教员和 Paul A. Maeder 工程与应用科学教授 Conor Walsh 博士合作

在之前的工作中，合作者利用沃尔什实验室在可穿戴机器人系统方面的专业知识，开发了一种机器人机械治疗设备，其功能类似于高度先进的按摩枪。该技术能够将非侵入性机械疗法精确地输送到小鼠受伤的肌肉，从而使团队能够测量其生物学效应。研究人员使用该设备优化了施加在幼小动物肌肉上的力的大小、持续时间和频率，以加速愈合，并发现机械疗法通过减轻受伤后的炎症来加速肌肉愈合。

现在，研究人员在老化的肌肉上使用这种装置，发现帮助年轻肌肉在受伤后更快愈合的相同机械疗法实际上对衰老产生相反的效果——促进年轻肌肉愈合的设置加剧了旧肌肉的损伤。在寻找对这些结果的解释时，研究小组发现，机械疗法放大而不是减轻了老化肌肉的炎症，最终通过破坏肌肉干细胞的行为阻碍了正常的愈合过程，肌肉干细胞是负责替换受损肌肉组织的细胞子集。

使用力反馈控制的机器人技术揭示受伤肌肉对机械疗法反应的年龄依赖性差异。

在这些发现的推动下，研究人员接下来询问控制炎症以及提供机械疗法是否有助于实现老化肌肉的愈合效果。他们发现情况确实如此：将机械疗法与抗炎治疗相结合可显着改善老化肌肉的愈合，并且优于单独的抗炎治疗。这项发表的工作为治愈老年患者的肌肉损伤开辟了一条激动人心的非侵入性治疗途径。

“我们的研究强调了肌肉干细胞和免疫细胞在年龄背景下如何对机械力作出反应的关键差异，以及炎症上调如何进一步损害老化肌肉再生所需的老化干细胞的功能，”穆尼说，他也是SEAS 的 Robert P. Pinkas 生物工程家族教授。“因此，肌肉机械疗法可能不会是‘一刀切’。” 为了实现它们的好处，它们必须针对患者群体进行定制，特别是对于老年人，这将是调节炎症的关键。”

从惊奇到解决

在他们惊奇地发现仅靠机械疗法实际上会通过与免疫系统相互作用来阻碍老化肌肉的正常再生过程之后，该团队对肌肉的干细胞进行了更深入的研究。对肌肉施加机械负荷，就像在机械疗法治疗期间所做的那样，通过几种也会影响干细胞的分子“机械转导途径”影响肌肉细胞行为。

“我们表明，尽管衰老的干细胞行为因炎症升高而中断，但它们仍然能够‘感受到’负荷的机械力，正如我们通过激活这些途径所证明的那样，”第一作者斯蒂芬妮·麦克纳马拉 (Stephanie McNamara) 说，她是一名Mooney 团队的研究生，目前就读于哈佛/麻省理工学院联合医学博士。程序。“这实际上是促使我们询问控制炎症是否可以使这些细胞对机械刺激做出反应的原因 - 事实上它确实如此。”

研究小组发现，以糖皮质激素的形式进行抗炎治疗以及机械疗法可以抑制关键的促炎通路，并将受伤的老年肌肉的总体炎症水平降低到受伤的年轻肌肉中。然而，在细胞水平上，肌肉细胞继续经历机械传导，并且通过消除炎症的负面影响，受伤的老化肌肉可以对机器人传递的机械负荷做出积极反应。

“众所周知，随着年龄的增长，肌肉愈合和炎症的许多正常过程都会发生变化。重要的是要质疑在年轻动物身上进行的研究中看到的相同机制是否与身体年龄保持一致，”麦克纳马拉说。“通过利用我们在这项研究和我们之前的工作中学到的知识，并将其与可穿戴软机器人系统方面不断增长的专业知识相结合，我们相信在未来可以开发出个性化的机械治疗方法来治愈所有年龄段的伤害。”