Distrofia Muscolare di Duchenne: Effetto dell’architettura miofibrillare sulla contrazione attiva del muscolo distrofico. Un modello matematico

Recentemente Marco Stefanati, che ha conseguito l’11 dicembre 2020 il titolo di dottore di ricerca in Bioingegneria presso il Politecnico di Milano, ha pubblicato sulla rivista Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials l’articolo intitolato “Effect of myofibril architecture on the active contraction of dystrophic muscle. A mathematical model” insieme al Prof. Yvan Torrente direttore del Laboratorio Cellule Staminali del “Centro Dino Ferrari” ed al Prof. José Felix Rodríguez Matas del Laboratorio di Meccanica delle Strutture Biologiche del Politecnico di Milano.

Quest’ultimo articolo nasce dai risultati del lavoro precedentemente pubblicato, i quali confermano che i cambiamenti microstrutturali a livello delle miofibrille, che compongono le fibre distrofiche, possono essere correlati alla riduzione della capacità delle fibre distrofiche di trasmettere la forza al livello muscolare, determinando una significativa riduzione della forza generata.

Il recente lavoro, che presenta un’evoluzione del precedente modello, introduce una descrizione più dettagliata della microstruttura delle fibre muscolari al fine di interpretare meglio i disturbi associati alla Distrofia Muscolare di Duchenne (DMD) e riprodurre il comportamento biomeccanico del muscolo distrofico, basandosi sull’analisi dei cambiamenti microstrutturali nelle fibre muscolari riportati in letteratura. In particolare, la riduzione della forza attiva del muscolo distrofico è collegata all’alterazione dell’allineamento delle miofibrille, mentre la riduzione della velocità di contrazione sembra essere associata all’organizzazione caotica dei sarcomeri. Quindi questi cambiamenti microstrutturali, causati dalla mancanza di distrofina, determinano un’importante riduzione delle prestazioni muscolari (forza e velocità) nella condizione distrofica.

I risultati confermano che i cambiamenti della microstruttura muscolare, ovvero la dispersione nell’orientamento delle miofibrille, i disordini nella struttura dei sarcomeri e le ramificazioni delle fibre, hanno un impatto importante sui meccanismi che regolano la biomeccanica del muscolo. L’ultimo modello sviluppato è in parte validato dai dati riportati in un recente lavoro di Schneidereit et al. (2018) in cui viene dimostrata la correlazione tra le alterazioni microstrutturali e la riduzione di forza isometrica, e rappresenta un approccio innovativo per meglio comprendere i difetti della microstruttura muscolare causati da patologie come la DMD.

Infine, quest’ultimo modello rappresenta un importante passo in avanti verso l’obiettivo finale di realizzare un modello matematico che potrà essere utile ai clinici per prevedere l’evoluzione della malattia nel muscolo ed identificare possibili nuove terapie, evitando l’impiego di modelli animali.

Riferimento:
M. Stefanati, Y. Torrente, J.F. Rodriguez Matas, “Effect of myofibril architecture on the active contraction of dystrophic muscle. A mathematical model”, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 114:1–9, 2021.
(Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1751616120307554?via%3Dihub)

jOURNAL