为老年人的无创肌肉治疗开辟了道路

机械疗法是一种利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愈合受伤的肌肉。然而，机械疗法的生物学基础和最佳设置仍然知之甚少，特别是对于老年患者。众所周知，随着年龄的增长，愈合能力会下降，老年患者可以从一种有效的、非侵入性的肌肉骨骼治疗方法中获益良多。

一项新的多学科研究有助于缩小机械疗法在老年肌肉中的有效性的知识差距。这项研究是由Wyss生物工程研究所和哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员进行的，由Wyss核心教员David Mooney博士领导，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。这项技术能够精确地向小鼠受伤的肌肉输送非侵入性机械疗法，使研究小组能够测量其效果生物效应．研究人员使用这种设备来优化施加在年轻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损伤后的炎症来加速肌肉愈合。

现在，在老化肌肉上使用这种设备，研究人员发现，同样的机械疗法可以帮助年轻肌肉在受伤后更快地愈合，实际上对衰老有相反的效果——促进年轻肌肉愈合的设置加剧了老肌肉受伤。为了寻找这些结果的解释，研究小组发现，机械疗法放大而不是减轻了衰老肌肉中的炎症，最终通过破坏肌肉干细胞的行为来阻碍正常的愈合过程，肌肉干细胞是负责替换受损肌肉组织的细胞子集。

在这些发现的推动下，研究人员接下来问道，在进行机械疗法的同时控制炎症是否有助于在衰老肌肉中实现愈合效果。他们发现事实确实如此:机械疗法与抗炎治疗相结合，显著改善了老化肌肉的愈合，优于单独的抗炎治疗。这项工作，发表在科学的机器人，为肌肉损伤的愈合开辟了一种令人兴奋的非侵入性治疗途径老年病人．

“我们的研究强调了肌肉干细胞和肌肉干细胞之间的关键差异免疫细胞回复机械力在年龄的背景下，以及炎症的上调是如何进一步损害衰老干细胞的功能的，而这些干细胞是老年肌肉再生所需的，”穆尼说，他也是SEAS生物工程的罗伯特·p·平卡斯家族教授。“因此，肌肉机械疗法可能不会是‘一刀切’的。”为了实现它们的好处，它们必须为患者群体量身定制，特别是针对老年人，调节炎症将是关键。”

从惊讶到解决

他们惊奇地发现，机械疗法实际上会阻碍衰老肌肉的正常再生过程免疫系统，研究小组对肌肉干细胞进行了更深入的研究。向肌肉施加机械负荷，就像在机械疗法治疗中所做的那样，通过几个分子“机械传导途径”影响肌肉细胞的行为，这些分子“机械传导途径”也影响干细胞。

穆尼团队的研究生斯蒂芬妮·麦克纳马拉说:“我们发现，尽管老年干细胞的行为被炎症升高破坏了，但它们仍然能够‘感受到’负载的机械力，正如我们通过激活这些通路所证明的那样。”程序。“这实际上促使我们问，控制炎症是否可以使这些细胞对机械刺激做出反应——事实确实如此。”

研究小组发现，在机械疗法的同时，以糖皮质激素的形式进行抗炎治疗，抑制了关键的促炎途径，并将受伤的老年肌肉中的整体炎症水平降低到受伤的年轻肌肉中的水平。然而，在细胞水平上，肌肉细胞继续经历机械传导，通过消除炎症的负面影响，受伤的衰老肌肉可以对机器人传递的机械负荷做出积极的反应。

众所周知，随着年龄的增长，肌肉的许多正常过程疗愈而且炎症改变。麦克纳马拉说:“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随着身体年龄的增长而保持不变。”“通过利用我们在这项研究中所学到的知识和我们以前的工作，并将其与可穿戴软机器人系统中不断增长的专业知识相结合，我们相信在未来，个性化的机械治疗方法可以治愈所有年龄段的损伤。”

“这一发现表明，非侵入性机械疗法可以刺激肌肉老年人的修复与抗炎治疗相结合，为老年人群的再生和修复开辟了一条全新的道路。机械疗法显然有巨大的潜力来改变患者的生活，但它是真正的跨学科合作，比如戴夫·穆尼和康纳·沃尔什在威斯研究所的团队之间的合作，为将其推进到临床现实奠定了基础。”Wyss创始董事Donald Ingber医学博士说，他也是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及哈佛约翰·a·保尔森工程与应用科学学院的生物工程Hansjörg Wyss教授。