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麻省理工學(xué)院最新創(chuàng)新成果：可以阻斷外周神經(jīng)疼痛的軟光纖

2023-10-20 15:46:13 來(lái)源：cnBeta

麻省理工學(xué)院的研究人員推出了可植入的柔性纖維，利用光來(lái)研究和治療周?chē)窠?jīng)疼痛。這一創(chuàng)新工具將光遺傳學(xué)的應(yīng)用擴(kuò)展到了大腦之外，并在動(dòng)物試驗(yàn)中證明了其療效。這種纖維有助于測(cè)試神經(jīng)相關(guān)疼痛的治療方法。

科學(xué)家們有了一種新工具，可以精確地照亮神經(jīng)疼痛的根源。麻省理工學(xué)院的工程師們開(kāi)發(fā)出了可植入的軟纖維，這種纖維能將光線(xiàn)傳送到人體的主要神經(jīng)。當(dāng)這些神經(jīng)經(jīng)過(guò)基因改造對(duì)光做出反應(yīng)時(shí)，光纖就能向神經(jīng)發(fā)送光脈沖，從而抑制疼痛。光導(dǎo)纖維是柔性的，可隨人體伸縮。

這種新型纖維是一種實(shí)驗(yàn)工具，科學(xué)家可以用它來(lái)探索動(dòng)物模型中周?chē)窠?jīng)疾病的原因和潛在治療方法。當(dāng)大腦和脊髓以外的神經(jīng)受損時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)周?chē)窠?jīng)痛，導(dǎo)致受影響的肢體刺痛、麻木和疼痛。據(jù)估計(jì)，美國(guó)有超過(guò)2000萬(wàn)人患有周?chē)窠?jīng)病。

(資料圖片僅供參考)

馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校生物醫(yī)學(xué)工程助理教授饒思遠(yuǎn)（Siyuan Rao）說(shuō)："目前用于研究神經(jīng)疾病的設(shè)備都是由限制運(yùn)動(dòng)的僵硬材料制成的，因此如果涉及疼痛，我們就無(wú)法真正研究脊髓損傷和恢復(fù)情況。我們的纖維可以適應(yīng)自然運(yùn)動(dòng)，并在不限制受試者運(yùn)動(dòng)的情況下完成工作。這可以為我們提供更精確的信息"。

麻省理工學(xué)院的工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種軟水凝膠光纖（如圖所示），它可以刺激外周神經(jīng)，幫助研究人員確定神經(jīng)相關(guān)疼痛的起源和治療方法。圖片來(lái)源：研究人員提供

"現(xiàn)在，人們有了一種工具，可以在非常動(dòng)態(tài)、自然和無(wú)約束的條件下研究與外周神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的疾病，"22 歲的劉欣悅（Xinyue Liu）博士補(bǔ)充說(shuō)，她現(xiàn)在是密歇根州立大學(xué)（MSU）的助理教授。

今天（10月19日）發(fā)表在《自然-方法》（Nature Methods）雜志上的一項(xiàng)研究報(bào)告詳細(xì)介紹了他們團(tuán)隊(duì)的新型纖維。Rao和Liu在麻省理工學(xué)院的合著者包括化學(xué)系研究生Atharva Sahasrabudhe、機(jī)械工程和土木與環(huán)境工程系教授Xuanhe Zhao、材料科學(xué)與工程系教授Polina Anikeeva，以及密歇根州立大學(xué)、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校、哈佛醫(yī)學(xué)院和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的其他教授。

將光遺傳學(xué)擴(kuò)展到大腦之外

這項(xiàng)新研究源于研究小組希望將光遺傳學(xué)的應(yīng)用擴(kuò)展到大腦以外的領(lǐng)域。光遺傳學(xué)是一種通過(guò)基因工程使神經(jīng)對(duì)光做出反應(yīng)的技術(shù)。暴露在光線(xiàn)下可以激活或抑制神經(jīng)，從而為科學(xué)家提供有關(guān)神經(jīng)如何工作以及如何與周?chē)h(huán)境相互作用的信息。

神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)在動(dòng)物身上應(yīng)用光遺傳學(xué)來(lái)精確追蹤一系列腦部疾病的神經(jīng)通路，包括成癮、帕金森病、情緒和睡眠障礙--這些信息已經(jīng)促成了針對(duì)這些疾病的靶向療法。

迄今為止，光遺傳學(xué)主要應(yīng)用于大腦，這一區(qū)域缺乏痛覺(jué)感受器，因此可以相對(duì)無(wú)痛地植入硬質(zhì)裝置。然而，硬質(zhì)裝置仍會(huì)損傷神經(jīng)組織。麻省理工學(xué)院的研究小組想知道，這種技術(shù)能否擴(kuò)展到大腦以外的神經(jīng)。與大腦和脊髓一樣，外周系統(tǒng)的神經(jīng)也會(huì)受到一系列損傷，包括坐骨神經(jīng)痛、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元疾病以及全身麻木和疼痛。

光遺傳學(xué)可以幫助神經(jīng)科學(xué)家確定外周神經(jīng)疾病的具體原因，并測(cè)試緩解這些疾病的療法。但是，在大腦之外實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)的主要障礙是運(yùn)動(dòng)。周?chē)窠?jīng)不斷受到周?chē)∪夂徒M織的推拉。如果在外周使用剛性硅裝置，就會(huì)限制動(dòng)物的自然運(yùn)動(dòng)，并可能造成組織損傷。

晶體與光

研究人員希望開(kāi)發(fā)出一種能與身體一起工作和運(yùn)動(dòng)的替代品。他們的新設(shè)計(jì)是一種柔軟、可伸縮的透明纖維，由水凝膠制成。水凝膠是一種橡膠狀、生物相容性高的聚合物和水的混合物，他們調(diào)整了水凝膠的比例，以創(chuàng)造出微小、納米級(jí)的聚合物晶體，散布在更像果凍的溶液中。

光纖包含兩層--內(nèi)芯和外殼或"包層"。研究小組混合了每一層的溶液，以產(chǎn)生特定的晶體排列。這種排列使每一層都具有特定的、不同的折射率。

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