Les biotechnologues de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont développé un système pour mesurer avec précision la faiblesse musculaire causée par les changements structurels du tissu musculaire. La nouvelle méthode permet d'évaluer la fonction musculaire à l'aide de l'imagerie sans avoir besoin d'enregistrements biomécaniques sophistiqués, et pourrait même à l'avenir rendre superflu le prélèvement d'échantillons de tissus pour le diagnostic de myopathie. Les résultats ont été publiés dans la célèbre revue Lumière :science et applications .

Le muscle est un organe très ordonné et hiérarchisé. Cela se reflète non seulement dans le groupement parallèle des fibres musculaires, mais aussi dans la structure des cellules individuelles. Les myofibrilles responsables de la contraction sont constituées de centaines d'unités de structure identique connectées les unes après les autres. Cette structure ordonnée détermine la force qui est exercée et la force du muscle. Les maladies inflammatoires ou dégénératives ou le cancer peuvent conduire à une restructuration chronique de cette architecture, causant des cicatrices, raidissement ou ramification des fibres musculaires et entraînant une réduction spectaculaire de la fonction musculaire. Bien que de tels changements dans la morphologie musculaire puissent déjà être suivis en utilisant la microscopie multiphotonique non invasive, il n'a pas encore été possible d'évaluer avec précision la force musculaire sur la seule base de l'imagerie.

Le nouveau système met en corrélation la structure et la résistance

Des chercheurs de la Chaire de biotechnologie médicale ont maintenant développé un système qui permet de mesurer la faiblesse musculaire causée par des changements structurels tout en évaluant optiquement l'architecture musculaire. "Nous avons conçu un système biomécatronique miniaturisé et l'avons intégré dans un microscope multiphotonique, nous permettant d'évaluer directement la force et l'élasticité des fibres musculaires individuelles tout en enregistrant les anomalies structurelles, " explique le Prof. Dr. Oliver Friedrich. Afin de prouver la capacité du muscle à se contracter, les chercheurs ont plongé les cellules musculaires dans des solutions contenant des concentrations croissantes d'ions calcium libres. Le calcium est également responsable du déclenchement des contractions musculaires chez l'homme et l'animal. La viscoélasticité des fibres a également été mesurée, en les étirant petit à petit. Un détecteur très sensible a enregistré la résistance mécanique exercée par les fibres musculaires serrées sur l'appareil.

Pool de données pour un diagnostic simplifié

La technologie développée par les chercheurs de la FAU est, cependant, n'est qu'un premier pas pour pouvoir diagnostiquer beaucoup plus facilement à l'avenir les troubles musculaires :« Pouvoir mesurer la force isométrique et la viscoélasticité passive en même temps que montrer visuellement la morphométrie des cellules musculaires nous a permis, pour la première fois, obtenir des paires de données structure-fonction directes, ", dit Oliver Friedrich. "Cela nous permet d'établir des corrélations linéaires significatives entre la structure et la fonction des muscles au niveau d'une seule fibre."

Le pool de données sera utilisé à l'avenir pour prédire de manière fiable les forces et les performances biomécaniques dans le muscle squelettique en utilisant exclusivement des évaluations optiques basées sur des images SHG (les initiales signifient Second Harmonic Generation et font référence à des images créées à l'aide de lasers à la deuxième fréquence harmonique), sans avoir besoin de mesures de résistance complexes. Maintenant, les cellules musculaires doivent encore être retirées du corps avant de pouvoir être examinées à l'aide d'un microscope multiphotonique. Cependant, il est plausible que cela devienne superflu à l'avenir si la technologie nécessaire peut continuer à être miniaturisée, permettant d'examiner la fonction musculaire, par exemple, à l'aide d'un micro-endoscope.