Según los investigadores, un innovador dispositivo electromagnético ha establecido un nuevo estándar de precisión en el campo de la mecanobiología. Este dispositivo, que permite la medición precisa de una variedad de tejidos biológicos blandos, permite realizar pruebas mecánicas en muestras del tamaño de muestras de biopsia humana, lo que lo hace particularmente útil para investigar enfermedades humanas.
Las propiedades mecánicas de los tejidos blandos del cuerpo, incluida la rigidez y la fuerza, juegan un papel vital en su correcto funcionamiento. Por ejemplo, la suavidad de los tejidos del tracto gastrointestinal facilita el movimiento y la digestión de los alimentos, mientras que los tendones, que son relativamente más rígidos, transmiten la fuerza de los músculos a los huesos y permiten el movimiento.
La capacidad de medir con precisión las propiedades mecánicas de estos tejidos, que están sujetos a cambios durante los procesos de desarrollo o debido a enfermedades, tiene profundas implicaciones para los campos de la biología y la medicina. Los métodos para medir estas propiedades actualmente son inadecuados y su precisión y confiabilidad siguen siendo limitadas, hasta ahora.
Una nueva investigación en la que participaron investigadores de la Universidad de Cambridge y el Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas (IMES) del MIT ha dado como resultado un dispositivo que se basa en la activación magnética y la detección óptica, lo que potencialmente permite obtener imágenes en vivo del tejido bajo un microscopio invertido. De esta forma, es posible obtener información sobre el comportamiento del tejido ante fuerzas mecánicas tanto a nivel celular como molecular. Los resultados se informan en la revista Science Advances.
Un electroimán ejerce una fuerza de tracción sobre la muestra de tejido que está montada en el dispositivo, mientras que un sistema óptico mide el cambio de tamaño o forma de la muestra.
“Uno de los requisitos más críticos para las pruebas mecánicas de tejidos biológicos blandos es la necesidad de imitar las condiciones fisiológicas de la muestra biológica (por ejemplo, temperatura, nutrientes) lo más fielmente posible para mantener vivo el tejido y preservar sus propiedades biomecánicas, ” dijo el Dr. Thierry Savin, Profesor Asociado de Bioingeniería, quien dirigió el equipo de investigación. “Con ese fin, diseñamos una cámara de ensamblaje transparente para medir las propiedades mecánicas de los tejidos, en una escala milimétrica, en su entorno fisiológico y químico nativo. El resultado es un dispositivo más versátil, preciso y robusto que presenta una alta confiabilidad y reproducibilidad”.
Para evaluar directamente el rendimiento de su dispositivo electromagnético, los investigadores realizaron un estudio sobre la biomecánica del esófago de un ratón y sus capas constituyentes. El esófago es el tubo muscular que conecta la garganta con el estómago y está formado por múltiples capas de tejido. Los investigadores utilizaron el dispositivo para realizar la primera investigación biomecánica de cada una de las tres capas individuales de tejido esofágico de ratón. Sus hallazgos mostraron que el esófago se comporta como un material compuesto de tres capas similar a los que se usan comúnmente en diversas aplicaciones de ingeniería. Según el conocimiento de los investigadores, estos son los primeros resultados obtenidos de las propiedades mecánicas de cada capa individual del esófago.
“Nuestro estudio demostró la confiabilidad mejorada del dispositivo electromagnético, generando errores en la respuesta de tensión-deformación por debajo del 15 %, un nivel de precisión nunca antes visto”, dijo el Dr. Adrien Hallou, becario postdoctoral en el Wellcome Trust/Cancer Research UK Gurdon Institute. «Esperamos que este dispositivo pueda eventualmente convertirse en el nuevo estándar en el campo de la biomecánica de tejidos, proporcionando un conjunto de datos estandarizados para la caracterización de la mecánica de tejidos blandos humanos y de ratones en todos los ámbitos».
Luca Rosalía, Ph.D. candidato a IMES, agregó: «Al analizar la biomecánica de los tejidos sanos y sus cambios a medida que ocurren durante la enfermedad, nuestro dispositivo podría eventualmente usarse para identificar cambios en las propiedades del tejido que son de relevancia diagnóstica, convirtiéndolo, por lo tanto, en una herramienta valiosa para informar decisiones”.
Referencia: «Un método de prueba de tracción con detección óptica y actuación magnética para la caracterización mecánica de tejidos biológicos blandos» por Luca Rosalia, Adrien Hallou, Laurence Cochrane y Thierry Savin, 11 de enero de 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.ade2522