瘫痪大鼠借助柔性脊柱植入物重获行走能力

弹性材料桥接损伤脊髓中的间隙,传递神经冲动
 

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一种橡胶状的硅胶带,镶嵌着裂解的金颗粒以传递神经信号,已被拼接植入瘫痪大鼠断裂的脊髓中,恢复了它们的运动能力。该植入物可能是帮助瘫痪人群以同样方式迈出的第一步。
 
导致瘫痪的损伤就像电话电缆中的断裂。从大脑发出的信号本应沿着脊髓中的神经传递到肌肉,但神经中的断裂会中断它们。用新的导线修补断裂处,跨越电话线中的断裂,应该可以恢复通信。
 
但一个不幸的悖论是,对于无法移动的人来说,他们的脊柱仍然可以移动。神经会伸展和弯曲。植入在神经旁边的刚性导线会摩擦神经,造成疤痕甚至更多损伤。脊柱的运动也会损坏刚性电极。这种刚性阻碍了整个脊柱修补的想法。“其他团队开发了脊柱植入物,但它们在几周后就失效了,”洛桑瑞士联邦理工学院的神经科学家格雷瓜尔·库尔蒂纳说。成功的神经刺激植入物,如心脏起搏器,并不直接与神经接触。
 
现在,库尔蒂纳和他的同事们开发了一种由可拉伸硅胶制成的植入物,可以直接放置在神经组织上,在保护它的膜(称为硬脑膜)下方。在1月9日出版的《科学》杂志上,研究人员报告说,他们的新型“e-dura”不仅可以沿着神经发送信号,还具有可以向神经细胞输送药物的液体通道,刺激它们愈合。“这项工作代表了生物相容性设备开发的一个重大进步,”加州大学洛杉矶分校神经肌肉研究实验室主任雷吉·埃杰顿说:在他自己的工作中,埃杰顿将电极放置在硬脑膜外,并证明它们可以帮助瘫痪患者恢复有限的运动能力。但该疗法受到设备外部位置的限制。他认为,最终,库尔蒂纳开发的技术可以用于“以允许实时微调神经网络功能状态的方式控制刺激设备,从而使个人更容易自动执行动作。”
 
这个瑞士团队开发了一种模仿硬脑膜柔软度的硅胶带。他们在其中嵌入了金丝,以将神经信号从一端传导到另一端。由于金太硬,他们用微裂纹将其断裂,使其能够与硅胶一起弯曲。然后,科学家们将e-dura的性能与用更硬的导线制成的植入物的性能进行了比较。不同的植入物被放置在具有类似脊髓损伤的不同组大鼠中。六周后,使用较硬植入物的大鼠在行走和保持平衡方面遇到了更多困难。
 
为了测试e-dura的治疗效果,科学家们将其植入另一组瘫痪大鼠体内,并使用该植入物用电信号以及改善神经冲动传递的化学物质刺激动物。在六周内,这些大鼠显示它们可以行走。并且由于e-dura将化学物质直接输送到神经组织,科学家们可以使用比尝试注射形式时少得多的化学物质,从而减少副作用。事实上,库尔蒂纳说,任何副作用都消失了。
 
埃杰顿说,这令人印象深刻,尽管他提醒说,“剩余的挑战将是确定此类设备在现实生活中的耐用性。” 当然,还要确定这些植入物在真人身上也有效。
 

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