“生物電子醫(yī)學”黑科技！這種硬幣狀植入物可加速神經(jīng)再生

熱門推薦：硬幣狀 , 神經(jīng)再生 , “生物電子醫(yī)學” ,

來源：生物探索

2018-10-11

美國西北大學和華盛頓大學醫(yī)學院的研究人員開發(fā)出了一種可植入、可生物降解的生物電醫(yī)學無線設備，它能加速神經(jīng)再生并改善受損神經(jīng)的愈合，并在工作數(shù)周后可自然被體內(nèi)吸收。這一重要發(fā)現(xiàn)日后或可成為替代藥物的新療法。

研究于10月8日以“Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy”為題發(fā)表在《Nature Medicine》雜志。

該項研究合作者，西北大學的材料科學家和工程師以及華盛頓大學的神經(jīng)外科醫(yī)生開發(fā)的這種裝置在手術修復過程之后，可以向受損的大鼠周圍神經(jīng)傳遞規(guī)律的電脈沖，加速腿部神經(jīng)的再生，并增強肌肉力量和控制力的最終恢復。這種無線裝置只有十美分硬幣大小，厚度相當于一張紙，在自然吸收到人體內(nèi)之前，它的工作時間約為兩周。

手術治療弊端

對于需要手術的病例而言，標準做法是在手術期間給予一些電刺激以幫助恢復。但目前為止，醫(yī)生們還沒有一種方法在整個恢復和治愈過程中的不同時間點持續(xù)提供額外的刺激。雖然這種裝置尚未在人體中測試過，但這一發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)損傷患者提供了一種未來的治療選擇。

華盛頓大學神經(jīng)外科、生物醫(yī)學工程和矯形外科副教授Wilson Z. Ray說:“我們知道手術期間的電刺激有所幫助，但是一旦手術結束，介入的窗口就會關閉。而有了現(xiàn)在這種裝置，我們能夠證明，定期電刺激可以進一步增強神經(jīng)恢復。”

生物集成技術先驅John Rogers為這項研究的共同通訊作者，在過去的八年里，他和他的實驗室已經(jīng)開發(fā)了一整套電子材料、設備設計和生物降解設備制造技術。當Ray和他在華盛頓大學的同事們發(fā)現(xiàn)需要基于電刺激的療法來加速傷口愈合時，Rogers和西北大學的同事們便共同開啟了這項工作。

安全、可控的新設備

他們開發(fā)的這種裝置薄而靈活，可以包裹受傷的神經(jīng)，由體外的發(fā)射器無線供電和控制，并在特定時間點進行放電刺激，直到該裝置在體內(nèi)無害降解。

研究人員隨后對坐骨神經(jīng)損傷大鼠進行了這一生物電子設備的研究。這條神經(jīng)在腿部上下傳遞信號，控制小腿和足部的腘繩肌和肌肉。他們使用該裝置每天給大鼠提供一小時的電刺激，持續(xù)一、三、六天，或者完全不進行電刺激，然后監(jiān)測它們在接下來10周內(nèi)的恢復情況。

他們發(fā)現(xiàn)，在幫助大鼠恢復肌肉質量和肌肉力量方面，任何電刺激都比不電刺激要好。此外，大鼠接受電刺激的天數(shù)越多，恢復神經(jīng)信號和肌肉力量的速度就越快、越徹底。沒有發(fā)現(xiàn)該裝置及其再吸收的不良生物效應。

Ray介紹，他們現(xiàn)在正著手尋找限度恢復肌肉質（力）量的理想時間。

另一方面，通過改變裝置中材料的組成和厚度，Rogers及其同事可以精確控制它在被吸收到身體前保持功能的天數(shù)。新版本可以在降解前提供數(shù)周的電脈沖，且設備在體內(nèi)降解的能力取代了需要移除不可降解設備的二次手術，進而消除了患者的額外風險。

研究還表明，這種裝置可以充當臨時起搏器，并作為脊髓和全身其他刺激部位的接口。表明除了外周神經(jīng)系統(tǒng)外，這一設備還有其他廣泛的效用。

Rogers說:“近10年來，瞬態(tài)電子器件（transient electronic devices）的概念一直是我的團隊非常感興趣的話題，某種意義上來說，這是材料科學的重大探索。我們很興奮，因為我們現(xiàn)在有了材料、設備、制造方法、系統(tǒng)級的工程概念，并可能以與人類健康息息相關的方式運用這些概念。”

如果這篇文章侵犯了您的權利，請聯(lián)系我們。