Realizar ejercicio físico es fundamental para mantener el cuerpo sano. Además, fortalece y tonifica los músculos, lo que ayuda a que las personas se puedan mover mejor y tengan mayor resistencia. El proceso de crecimiento del músculo puede darse porque este recibe señales químicas de las células circundantes, o por fuerzas mecánicas al chocar contra los tejidos.
Sin embargo, muchos fisiólogos se preguntan si, en última instancia, son los estimulantes químicos, las fuerzas físicas o la combinación de todo ello lo que realmente impulsa el crecimiento. Responder a esto es fundamental para identificar terapias que ayuden a las personas a recuperarse de lesiones musculares y trastornos neurodegenerativos.
En este contexto, un equipo de ingenieros del Massachusetts Institute of Technology (MIT) han diseñado una colchoneta de entrenamiento que podría ayudar a los científicos a analizar los efectos mecánicos del ejercicio, a nivel microscópico. Así, crearon MagMA, un dispositivo con un diseño similar al de una esterilla de yoga.
Ritu Raman: “Las fuerzas mecánicas juegan un papel realmente importante en nuestros cuerpos y en el entorno en el que vivimos, y ahora tenemos una herramienta para estudiar eso”
“Las fuerzas mecánicas juegan un papel realmente importante en nuestros cuerpos y en el entorno en el que vivimos. Y ahora tenemos una herramienta para estudiar eso”, explica Ritu Raman, profesora de desarrollo profesional Alex d'Arbeloff en Diseño de Ingeniería en el MIT.
Para su desarrollo, los ingenieros emplearon hidrogel, un material suave parecido a la gelatina. A su vez, implementaron una “alfombra” de células musculares en la superficie. Estas células fueron diseñadas genéticamente para contraerse como respuesta a la luz azul, un estímulo no invasivo. Esto se hizo así porque las células musculares del cuerpo suelen contraerse como respuesta al pulso eléctrico de un nervio, pero la estimulación eléctrica en el laboratorio podría dañarlas.
A continuación, se buscaron formas de aplicar fuerzas mecánicas a las células musculares sin dañar físicamente el proceso, llegando a la solución de emplear imanes. De este modo, crearon barras magnéticas del tamaño de una micra, mezclando nanopartículas magnéticas con una solución gomosa de silicona. Con la mezcla formaron una losa, que posteriormente fue cortada en barras finas, y se intercalaron cuatro barras magnéticas entre dos capas de hidrogel.
Finalmente, colocaron un imán externo debajo de la esterilla, que activa la función mecánica del gel. Gracias a él, el gel oscila, vibrando. La frecuencia de esta vibración está controlada de modo que imite las fuerzas que experimentan los músculos durante el ejercicio real.
Una vez desarrollado el dispositivo, el equipo “ejercitó” mecánicamente las células durante 30 minutos al día a lo largo de diez días. Esto permitió observar que las células musculares expuestas regularmente al movimiento mecánico crecían más en comparación con células no ejercitadas. Además, estas células se convirtieron en fibras que se alineaban en la misma dirección, mientras que las inmóviles estaban desordenadas.
Ritu Raman: "Esperamos utilizar esta nueva plataforma para ver si la estimulación mecánica podría ayudar a guiar el crecimiento muscular después de una lesión o disminuir los efectos del envejecimiento"
De este modo, la investigación sugiere que el ejercicio mecánico regular puede ayudar a que las fibras musculares crezcan en la misma dirección, y que las fibras ejercitadas pueden funcionar o contraerse en sincronía. Estos hallazgos demuestran también que el nuevo gel de entrenamiento puede ser empleado para moldear el crecimiento de fibras musculares. "Esperamos utilizar esta nueva plataforma para ver si la estimulación mecánica podría ayudar a guiar el crecimiento muscular después de una lesión o disminuir los efectos del envejecimiento", añade Raman.
En el MIT, el laboratorio de Raman diseña materiales vivos adaptables para emplearlos en medicina y robótica. Su equipo está diseñando sistemas neuromusculares funcionales con el objetivo de restaurar la movilidad en pacientes con trastornos motores y alimentar robots blandos y adaptables. Para comprender los músculos humanos y qué fuerzas impulsan su función, el grupo estudia cómo responden los tejidos a diversas fuerzas, como el ejercicio. Ahora, con su nuevo dispositivo, planean modelar láminas de músculos fuertes y funcionales, para usar en robots blandos y para reparar tejidos enfermos.