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美科学家发明神经治疗新材料:植入体内定期电击到时间被人体

  美国西北大学和华盛顿大学医学院的研究人员开发出了生物电子医学领域的第一种新材料:一种可植入、可降解的无线装置,用来加速神经再生,并改善受损神经的愈合。

  合作双方——西北大学材料科学家和工程师以及华盛顿大学神经外科医生——开发了一种装置,在手术修复过程后,向受损的大鼠周围神经发送有规律的电脉冲,加速它们腿部神经的再生,并提高肌肉力量和控制能力的恢复程度。这种无线装置只有一枚硬币大小,厚度相当于一张纸,在被人体自然吸收之前,它可以留存工作的时间约为 2 周。

  科学家们设想,这种本属于工程领域的技术,有朝一日也许能补充甚至取代针对人类各种疾病的药物治疗。这种技术——也就是所谓 生物电子医学 ——的主要特点是,在临床阶段的短时间内提供治疗,并直接针对一些必要地方进行,从而减少传统的永久性植入物质带来的副作用或风险。

  西北大学教授罗杰斯 ( John a . Rogers ) 是生物集成技术的先驱,也是这项研究的联合资深作者,他表示: 这种治疗方法可以让人们考虑药物和化学之外的选择。

  虽然该装置还没有在人类身上进行测试,但这一发现为神经损伤患者提供了一种未来的治疗选择。对于需要手术的病人,标准做法是在手术过程中进行一些电刺激以帮助恢复。但到目前为止,医生们还没有办法在恢复和康复过程的各个时间点持续提供这种额外的刺激。

  我们知道手术过程中的电刺激是有帮助的,但一旦手术结束,干预的窗口就关闭了, 华盛顿大学神经外科、生物医学工程和整形外科副教授、共同资深作者雷 ( Wilson Zack Ray ) 博士说, 有了这个设备,我们将看到,定期电刺激可以进一步促进神经恢复。

  在过去的 8 年里,罗杰斯领导的实验室已经成功开发出一套完整的电子材料、设备设计和可降解设备的制造技术,给用户提供了广泛的产品选择,给未被满足的医疗需求提供了潜在的解决方案。当华盛顿大学的雷和他的同事们发现,他们需要以电刺激为基础的疗法来加速伤口愈合时,罗杰斯和他们西北大学同事们正好已经有了现成的解决方案。

  他们设计并开发了一种薄而灵活的装置,可以包裹受伤的神经,并在数天里,在特定的时间点发送电脉冲,直到装置在体内无害降解。这种装置由身体外部的发射器无线供电和控制,就像手机无线充电器一样。罗杰斯和他的团队在整个研发过程和动物验证过程中都与华盛顿大学的团队密切合作。

  随后,华盛顿大学的研究人员对坐骨神经受损的老鼠进行了生物电子设备的研究。这条神经在腿上和腿下发送信号,控制腿筋和小腿和脚的肌肉。他们使用该设备每天为老鼠提供一个小时的电刺激,持续 1 天、3 天或 6 天,或者完全不进行电刺激,然后在接下来的 10 周内监测它们的恢复情况。

  他们发现,在帮助老鼠恢复肌肉质量和肌肉力量方面,只要提供了电刺激,恢复都比没有强。此外,大鼠接受电刺激的时间越长,他们恢复神经信号和肌肉力量的速度就越快,恢复得也越彻底。该装置没有出现任何不良的生物学效应,之后也 成功被老鼠的身体吸收。

  这些设备像设计的一样消失了, 罗杰斯说, 近 10 年来,瞬态电子器件的概念一直是我的团队非常感兴趣的话题——从某种意义上说,这是材料科学的重大探索。