Ominięcie urządzenia rdzenia kręgowego może zmienić sposób leczenia urazów

streszczenie: Naukowcy opracowali innowacyjne urządzenie elektroniczne, które owija się wokół rdzenia kręgowego, zapewniając nowy sposób leczenia urazów kręgosłupa bez konieczności operacji mózgu. To urządzenie może rejestrować i stymulować sygnały nerwowe w całym rdzeniu kręgowym, zapewniając pełny 360-stopniowy obraz aktywności kręgosłupa.

W testach na modelach zwierzęcych i zwłokach ludzkich wykazał zdolność do stymulowania ruchu kończyn i omijania uszkodzonych obszarów rdzenia kręgowego. Ta innowacyjna technologia, która pozwala uniknąć wysokiego ryzyka związanego z tradycyjnymi metodami implantacji, jest również obiecująca w zakresie poprawy monitorowania chirurgicznego i zrozumienia schorzeń kręgosłupa.

Kluczowe fakty:

1. Urządzenie zapewnia pełne 360-stopniowe mapowanie aktywności rdzenia kręgowego, w przeciwieństwie do tradycyjnych metod, które rejestrują ograniczone obszary kręgosłupa.
2. Skutecznie stymulował ruchy kończyn w testach na zwierzętach i wykazano, że można go zastosować na modelach ludzkich.
3. Technika ta pozwala uniknąć operacji mózgu i bezpośredniej penetracji rdzenia kręgowego, zmniejszając ryzyko dalszych obrażeń.

źródło: Uniwersytet Cambridge

Małe, elastyczne urządzenie elektroniczne owinięte wokół rdzenia kręgowego może stanowić nowy sposób leczenia urazów kręgosłupa, które mogą powodować głęboką niepełnosprawność i paraliż.

Zespół inżynierów, neuronaukowców i chirurgów z Uniwersytetu w Cambridge opracował urządzenia i wykorzystał je do rejestrowania sygnałów nerwowych przemieszczających się tam i z powrotem między mózgiem a rdzeniem kręgowym.

W przeciwieństwie do obecnych metod, urządzenia Cambridge mogą rejestrować informacje w zakresie 360 ​​stopni, dając pełny obraz aktywności rdzenia kręgowego.

Testy na żywych modelach zwierzęcych i ludzkich zwłokach wykazały, że urządzenia mogą również stymulować ruchy kończyn i omijać całkowite uszkodzenia rdzenia kręgowego, w których następuje całkowite odcięcie połączenia między mózgiem a rdzeniem kręgowym.

Większość obecnych metod leczenia urazów kręgosłupa polega na nakłuwaniu rdzenia kręgowego elektrodami i umieszczaniu implantów w mózgu, co jest operacją wysokiego ryzyka.

Urządzenia opracowane przez Cambridge mogłyby leczyć urazy kręgosłupa bez konieczności operacji mózgu, co byłoby bezpieczniejsze dla pacjentów.

Chociaż do wprowadzenia takich metod leczenia potrzeba jeszcze co najmniej kilku lat, naukowcy twierdzą, że urządzenia te mogą w najbliższej przyszłości okazać się przydatne do monitorowania aktywności rdzenia kręgowego podczas operacji.

Lepsze zrozumienie rdzenia kręgowego, który jest trudny do zbadania, może doprowadzić do ulepszonych metod leczenia szeregu schorzeń, w tym przewlekłego bólu, stanów zapalnych i wysokiego ciśnienia krwi.

Wyniki publikowane są w czasopiśmie Postęp nauki.

Profesor George Malliaras z Wydziału Inżynierii, który był współkierownikiem badań, powiedział: „Rdzeń kręgowy przypomina autostradę, przenosząc informacje w postaci impulsów nerwowych do i z mózgu”.

„Uszkodzenie rdzenia kręgowego zakłóca ruch, powodując poważną niepełnosprawność, w tym nieodwracalną utratę funkcji sensorycznych i motorycznych”.

Możliwość monitorowania sygnałów przychodzących i wychodzących z rdzenia kręgowego może znacznie pomóc w opracowaniu metod leczenia urazów kręgosłupa, a także może być przydatna w najbliższej przyszłości do lepszego monitorowania rdzenia kręgowego podczas operacji.

„Większość technik monitorowania lub stymulacji rdzenia kręgowego oddziałuje jedynie z neuronami ruchowymi wzdłuż tylnej, czyli grzbietowej części rdzenia kręgowego” – powiedział dr Damiano Barone z Wydziału Neurologii Klinicznej, który był współkierownikiem badań.

„Te metody obejmują jedynie 20–30 procent kręgosłupa, więc obraz jest niekompletny”.

Czerpiąc inspirację z mikroelektroniki, naukowcy opracowali sposób uzyskiwania informacji z całego kręgosłupa poprzez owijanie niezwykle cienkich, precyzyjnych implantów wokół obwodu rdzenia kręgowego.

Po raz pierwszy możliwa jest bezpieczna rejestracja 360 stopni rdzenia kręgowego, ponieważ poprzednie metody monitorowania 360 stopni wykorzystywały elektrody wnikające w kręgosłup, co mogło spowodować uszkodzenie kręgosłupa.

Biokompatybilne urządzenia opracowane przez Cambridge – mające kilka milionowych części metra – są wytwarzane przy użyciu zaawansowanych technik fotolitografii i osadzania cienkowarstwowego, a do działania wymagają minimalnej mocy.

Urządzenia przechwytują sygnały przemieszczające się wzdłuż aksonów lub włókien nerwowych rdzenia kręgowego, umożliwiając ich rejestrację. Cienkość urządzeń oznacza, że ​​mogą rejestrować sygnały bez powodowania uszkodzeń nerwów, ponieważ nie penetrują samego rdzenia kręgowego.

„To była trudna operacja, ponieważ nigdy wcześniej nie wykonywaliśmy implantów kręgosłupa w ten sposób i nie było jasne, czy możemy bezpiecznie i skutecznie umieścić je wokół kręgosłupa” – powiedział Malliaras.

„Ale dzięki niedawnym postępom zarówno w inżynierii, jak i neurochirurgii planety dostosowały się do siebie i poczyniliśmy znaczne postępy w tej ważnej dziedzinie”.

Urządzenia wszczepiono metodą odpowiednią do rutynowych zabiegów chirurgicznych, tak aby można było je umieścić pod rdzeniem kręgowym bez jego uszkodzenia. W testach przeprowadzonych na modelach mysich badacze z powodzeniem wykorzystali urządzenia do stymulacji ruchu kończyn.

Urządzenia charakteryzowały się bardzo krótkim czasem reakcji, co oznacza, że ​​czas reakcji był zbliżony do odruchu człowieka. Dalsze testy na modelach zwłok ludzkich wykazały, że urządzenia można z powodzeniem wszczepiać ludziom.

Naukowcy twierdzą, że ich podejście może zmienić sposób leczenia urazów kręgosłupa w przyszłości. Obecne próby leczenia urazów kręgosłupa obejmują przeszczepy zarówno mózgu, jak i kręgosłupa, ale badacze z Cambridge twierdzą, że przeszczepy mózgu mogą nie być konieczne.

„Jeśli ktoś ma uraz kręgosłupa, jego mózg jest w porządku, ale uszkodzone jest połączenie” – powiedział Baron.

„Jako chirurg chcesz dotrzeć tam, gdzie leży problem, więc dodanie operacji mózgu do operacji kręgosłupa zwiększa ryzyko dla pacjenta. Możemy zebrać wszystkie potrzebne informacje z rdzenia kręgowego w znacznie mniej inwazyjny sposób będzie to znacznie bezpieczniejsze podejście do leczenia urazów kręgosłupa”.

Chociaż wynalezienie lekarstwa na urazy kręgosłupa wymaga jeszcze wielu lat, w najbliższej przyszłości urządzenia te mogą okazać się przydatne dla badaczy i chirurgów, umożliwiając im lepsze poznanie tej istotnej, choć niedostatecznie zbadanej części ludzkiej anatomii w sposób niechirurgiczny. Naukowcy z Cambridge planują teraz wykorzystać te urządzenia do monitorowania aktywności nerwów w rdzeniu kręgowym podczas operacji.

„Badanie całego rdzenia kręgowego bezpośrednio u ludzi jest prawie niemożliwe, ponieważ jest on tak delikatny i złożony” – powiedział Baron. „

Monitorowanie podczas operacji pomoże nam lepiej zrozumieć rdzeń kręgowy bez jego uszkodzenia, co z kolei pomoże nam opracować lepsze metody leczenia takich schorzeń, jak przewlekły ból, wysokie ciśnienie krwi czy stany zapalne. Takie podejście pokazuje ogromny potencjał pomocy pacjentom.

Finansowanie: Badania były częściowo wspierane przez Royal College of Surgeons, Akademię Nauk Medycznych, Health Education England, Narodowy Instytut Badań nad Zdrowiem oraz Radę ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi (EPSRC), część brytyjskiej organizacji ds. badań i innowacji (UKRI ). ).

O uszkodzeniu rdzenia kręgowego i nowościach z badań neurotechnologicznych

autor: Sarah Collins
źródło: Uniwersytet Cambridge
Komunikacja: Sarah Collins – Uniwersytet w Cambridge
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News

Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Elastyczna bioelektronika peryferyjna umożliwiająca rejestrację i stymulację rdzenia kręgowego 360°„Przez George’a Malliarasa i in. Postęp nauki

podsumowanie

Elastyczna bioelektronika peryferyjna umożliwiająca rejestrację i stymulację rdzenia kręgowego 360°

Rdzeń kręgowy jest niezbędny do przekazywania informacji motorycznych i sensorycznych pomiędzy mózgiem a układami peryferyjnymi. Urazy rdzenia kręgowego mogą prowadzić do poważnych konsekwencji, w tym paraliżu i dysfunkcji autonomicznej.

Dostarczamy cienkowarstwową, elastyczną elektronikę do komunikacji obwodowej z rdzeniem kręgowym. Metoda ta umożliwia jednoczesną rejestrację i stymulację dróg grzbietowych, bocznych i brzusznych za pomocą jednego urządzenia.

Nasze odkrycia obejmują skuteczne przechwytywanie i wywoływanie sygnałów motorycznych i czuciowych u znieczulonych myszy, weryfikację koncepcji systemu z zamkniętą pętlą do leczenia całkowitych uszkodzeń rdzenia kręgowego oraz weryfikację integralności urządzenia u swobodnie poruszających się gryzoni. Ponadto pokazujemy potencjalne zastosowanie u ludzi poprzez model zwłok.

Metoda ta zapewnia wyraźną drogę do kliniki przy użyciu materiałów i praktyk chirurgicznych, które minimalizują ryzyko podczas procesu implantacji i utrzymują integralność pępowiny.