发布时间：2024-06-07 15:44:48 栏目：精选知识
一种环绕脊髓的微型柔性电子设备可能代表一种治疗脊髓损伤的新方法，脊髓损伤会导致严重的残疾和瘫痪。
剑桥大学的工程师、神经科学家和外科医生团队开发了这些设备，并用它们记录大脑和脊髓之间来回的神经信号。与目前的方法不同，剑桥的设备可以记录 360 度的信息，提供脊髓活动的完整画面。
在活体动物和人类尸体模型上的测试表明，该装置还可以刺激肢体运动并绕过大脑和脊髓之间的交流完全中断的脊髓损伤。
目前治疗脊髓损伤的大多数方法都涉及用电极刺穿脊髓和在大脑中植入植入物，这两种手术都属于高风险手术。剑桥大学开发的这种设备可以治疗脊髓损伤，而无需进行脑部手术，这对患者来说要安全得多。
虽然此类治疗至少还需要几年时间才能实现，但研究人员表示，这些设备在近期内可用于在手术期间监测脊髓活动。更好地了解难以研究的脊髓，可能会改善一系列疾病的治疗方法，包括慢性疼痛、炎症和高血压。研究结果发表在《科学进展》杂志上。
“脊髓就像一条高速公路，以神经脉冲的形式将信息传送到大脑和从大脑传出，”共同领导这项研究的工程系教授乔治·马利亚拉斯 (George Malliaras) 说道。“脊髓受损会导致交通中断，从而导致严重残疾，包括不可逆转的感觉和运动功能丧失。”
监测脊髓信号的能力可以极大地帮助脊髓损伤的治疗方法的发展，并且在近期内也可能有助于在手术期间更好地监测脊髓。
“大多数用于监测或刺激脊髓的技术仅与脊髓背部或背部的运动神经元相互作用，”临床神经科学系的 Damiano Barone 博士说道，他是这项研究的共同负责人。“这些方法只能达到脊柱的 20% 到 30%，因此你得到的是不完整的图像。”
研究人员从微电子技术中汲取灵感，开发出一种从整个脊柱获取信息的方法，即将非常薄的高分辨率植入物包裹在脊髓周围。这是首次实现安全的 360 度脊髓记录——早期的 360 度监测方法是使用刺穿脊柱的电极，这可能会导致脊柱损伤。
剑桥大学开发的生物相容性设备厚度仅为百万分之几米，采用先进的光刻和薄膜沉积技术制成，仅需极小的功率即可运行。
这些设备可以拦截脊髓轴突或神经纤维上的信号，从而记录信号。这些设备很薄，这意味着它们可以记录信号而不会对神经造成任何损害，因为它们不会穿透脊髓本身。
“这是一个艰难的过程，因为我们以前没有以这种方式制造过脊柱植入物，而且我们不清楚我们能否安全成功地将它们放置在脊柱周围，”马利亚拉斯说。“但由于工程学和神经外科领域的最新进展，行星已经对齐，我们在这个重要领域取得了重大进展。”
这些装置是通过常规外科手术植入的，因此它们可以滑入脊髓下方而不会损坏脊髓。在使用大鼠模型的测试中，研究人员成功地使用这些装置刺激肢体运动。这些装置的延迟非常低，也就是说，它们的反应时间接近人类的反射运动。在人类尸体模型上的进一步测试表明，这些装置可以成功地植入人体。
研究人员表示，他们的方法可能会改变未来治疗脊椎损伤的方式。目前治疗脊椎损伤的尝试包括大脑和脊椎植入，但剑桥研究人员表示，大脑植入可能不是必需的。
“如果有人脊椎受伤，他们的大脑没问题，但连接被中断了，”巴罗内说。“作为一名外科医生，你想找到问题所在，所以在脊椎手术的基础上再进行脑部手术只会增加患者的风险。我们可以用一种侵入性小得多的方式从脊髓收集我们需要的所有信息，所以这将是治疗脊椎损伤的一种更安全的方法。”
虽然治疗脊髓损伤还需要数年时间，但在近期内，这些设备可能有助于研究人员和外科医生以非侵入性的方式更多地了解这一至关重要但研究不足的人体解剖学部分。剑桥研究人员目前正计划使用这些设备在手术过程中监测脊髓神经活动。
“由于脊髓非常脆弱和复杂，因此几乎不可能直接研究人体的整个脊髓，”Barone 说道。“手术期间的监测将有助于我们在不损伤脊髓的情况下更好地了解脊髓，这反过来又有助于我们开发更好的治疗方法来治疗慢性疼痛、高血压或炎症等疾病。这种方法在帮助患者方面具有巨大的潜力。”
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