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(xiàng)研究合作者，西北大學(xué)的材料科學(xué)家和工程師以及華盛頓大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生開(kāi)發(fā)的這種裝置在手術(shù)修復(fù)過(guò)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(qiáng)肌肉力量和控制力的最終恢復(fù)。這種無(wú)線裝置只有十美分硬幣大小，厚度相當(dāng)于一張紙，在自然吸收到人體內(nèi)之前，它的工作時(shí)間約為兩周。
手術(shù)治療弊端
對(duì)于需要手術(shù)的病例而言，標(biāo)準(zhǔn)做法是在手術(shù)期間給予一些電刺激以幫助恢復(fù)。但目前為止，醫(yī)生們還沒(méi)有一種方法在整個(gè)恢復(fù)和治愈過(guò)程中的不同時(shí)間點(diǎn)持續(xù)提供額外的刺激。雖然這種裝置尚未在人體中測(cè)試過(guò)，但這一發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)損傷患者提供了一種未來(lái)的治療選擇。
華盛頓大學(xué)神經(jīng)外科、生物醫(yī)學(xué)工程和矯形外科副教授Wilson Z. Ray說(shuō):“我們知道手術(shù)期間的電刺激有所幫助，但是一旦手術(shù)結(jié)束，介入的窗口就會(huì)關(guān)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(jìn)一步增強(qiáng)神經(jīng)恢復(fù)。”
生物集成技術(shù)先驅(qū)John Rogers為這項(xiàng)研究的共同通訊作者，在過(guò)去的八年里，他和他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一整套電子材料、設(shè)備設(shè)計(jì)和生物降解設(shè)備制造技術(shù)。當(dāng)Ray和他在華盛頓大學(xué)的同事們發(fā)現(xiàn)需要基于電刺激的療法來(lái)加速傷口愈合時(shí)，Rogers和西北大學(xué)的同事們便共同開(kāi)啟了這項(xiàng)工作。
安全、可控的新設(shè)備
他們開(kāi)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(wú)線供電和控制，并在特定時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行放電刺激，直到該裝置在體內(nèi)無(wú)害降解。
研究人員隨后對(duì)坐骨神經(jīng)損傷大鼠進(jìn)行了這一生物電子設(shè)備的研究。這條神經(jīng)在腿部上下傳遞信號(hào)，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(shí)的電刺激，持續(xù)一、三、六天，或者完全不進(jìn)行電刺激，然后監(jiān)測(cè)它們?cè)诮酉聛?lái)10周內(nèi)的恢復(fù)情況。
他們發(fā)現(xiàn)，在幫助大鼠恢復(fù)肌肉質(zhì)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(fù)神經(jīng)信號(hào)和肌肉力量的速度就越快、越徹底。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該裝置及其再吸收的不良生物效應(yīng)。
Ray介紹，他們現(xiàn)在正著手尋找限度恢復(fù)肌肉質(zhì)（力）量的理想時(shí)間。
另一方面，通過(guò)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(shè)備在體內(nèi)降解的能力取代了需要移除不可降解設(shè)備的二次手術(shù)，進(jìn)而消除了患者的額外風(fēng)險(xiǎn)。
研究還表明，這種裝置可以充當(dāng)臨時(shí)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(shè)備還有其他廣泛的效用。
Rogers說(shuō):“近10年來(lái)，瞬態(tài)電子器件（transient electronic devices）的概念一直是我的團(tuán)隊(duì)非常感興趣的話題，某種意義上來(lái)說(shuō)，這是材料科學(xué)的重大探索。我們很興奮，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在有了材料、設(shè)備、制造方法、系統(tǒng)級(jí)的工程概念，并可能以與人類健康息息相關(guān)的方式運(yùn)用這些概念。”
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