Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat ett sätt att karakterisera kraften som genereras av sammandragande myotuber, prekursorer till skelettmuskelfibrer, genom att kombinera elektrostimulering och analys av rynkor i silikonsubstratet som de är monterade på. Befintliga metoder förlitar sig på muskelmassa eller uttrycket av vissa proteiner, båda inte lika starkt korrelerade med muskelstyrka. Noggrann mätning av myotubstyrkan lovar mer effektiv screening av läkemedelsmål för behandling av muskelatrofi.

Muskelatrofi, försämring av muskelvävnad, kan ha en förödande effekt på livskvaliteten och är känd för att påverka livslängden. Effekterna märks särskilt starkt i åldrande befolkningar, där det också finns betydande kostnader förknippade med medicinska insatser och daglig vård. Detta gör att behandling och förebyggande av muskelatrofi är en nyckelfråga för samhället.

Men verkligheten är att behandlingar för muskelatrofi förblir mycket begränsade. En av utmaningarna som håller forskarna tillbaka är bristen på ett effektivt screeningsystem för nya läkemedelsmål, särskilt hur olika föreningar påverkar muskelstyrkan. Myotuber, de cylindriska grupperna av celler som fortsätter att bilda muskelfibrer, kan isoleras i labbet och studeras i olika biokemiska miljöer, men att mäta hur kraftigt de drar ihop sig är fortfarande svårt. Det är därför som befintliga metoder tittar på indirekta mått, som muskelmassa eller de proteiner de uttrycker, men dessa är inte alltid starkt korrelerade med hur starkt de kan dra. Tidigare har detta till och med lett till att till synes lovande läkemedel tagit sig till kliniska prövningar, bara för att visa sig inte leda till förbättrad muskelstyrka.

Nu har ett team av forskare under ledning av docent Yasuko Manabe vid Tokyo Metropolitan University kommit på ett enkelt sätt att direkt mäta hur starka myotuber verkligen är. De tittade på myotuber monterade på ett tvålagers elastiskt silikonsubstrat, med ett hårt ytskikt ovanpå ett tjockare, mjukt lager. När myotuberna stimulerades med en elektrisk puls såg teamet att fibrerna drog sig samman och deformerade substratytan och bildade en serie rynkor som var tydligt synliga under ett mikroskop. Genom noggranna kalibreringsexperiment med hjälp av en flexibel nål med känd styvhet kunde de visa att den totala längden på rynkorna var direkt korrelerad med styrkan hos de krafter som deformerade substratet. När det gäller myotuber motsvarade rynklängden hur starkt de kunde dra ihop sig när de stimulerades.

Med hjälp av kända atrofiska (svagare) och hypertrofiska (starkare) myotuber fann de att deras nya "kraftindex" var mycket känsligare för muskelstyrka än befintliga mått, såsom muskelmassa och uttrycket av Myosin Heavy Chain (MHC)-proteinet. Metoden är enkel att implementera med standardmikroskopi och bildanalystekniker, med stort utrymme för praktisk tillämpning i labbet. Teamet tror att detta avsevärt kommer att påskynda läkemedelsupptäckten i kampen mot muskelatrofi.

Studien publiceras i Scientific Reports . + Utforska vidare

Ny labbmodell simulerar effekterna av träning på muskler