研究人員開發(fā)了一種新型的神經(jīng)植入物，可以恢復(fù)截肢者和其他失去手臂或腿部的人的肢體功能。

在對大鼠進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，劍橋大學(xué)的研究人員使用該設(shè)備來改善大腦與癱瘓肢體之間的聯(lián)系。該設(shè)備結(jié)合了柔性電子設(shè)備和人類干細(xì)胞 - 身體的“可重新編程”主細(xì)胞 - 以更好地與神經(jīng)和驅(qū)動肢體功能整合。

以前使用神經(jīng)植入物恢復(fù)肢體功能的嘗試大多失敗，因?yàn)殡S著時間的推移，電極周圍往往會形成疤痕組織，阻礙裝置和神經(jīng)之間的連接。通過將一層從干細(xì)胞重新編程的肌肉細(xì)胞夾在電極和活組織之間，研究人員發(fā)現(xiàn)該裝置與宿主的身體和防止了疤痕組織的形成.在28天的實(shí)驗(yàn)期間，細(xì)胞在電極上存活，這是次在這么長時間內(nèi)監(jiān)測。

研究人員說，通過結(jié)合兩種先進(jìn)的神經(jīng)再生療法– 細(xì)胞療法和生物電子學(xué) – 進(jìn)入單個設(shè)備，它們可以克服兩種方法的缺點(diǎn)，提高功能和靈敏度。

雖然在用于人類之前需要進(jìn)行廣泛的研究和測試，但該設(shè)備是一種截肢者或肢體功能喪失者有希望的發(fā)展.結(jié)果在期刊上報(bào)告科學(xué)進(jìn)展.

在試圖逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致肢體喪失或肢體功能喪失的損傷時，一個巨大的挑戰(zhàn)是神經(jīng)元無法再生和重建被破壞的神經(jīng)回路。

“例如，如果有人截肢了手臂或腿，即使肢體消失了，神經(jīng)系統(tǒng)中的所有信號仍然存在，”他說。達(dá)米亞諾·巴羅內(nèi)博士來自劍橋臨床神經(jīng)科學(xué)系，他共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。“整合假肢或恢復(fù)手臂或腿部功能的挑戰(zhàn)是從神經(jīng)中提取信息并將其傳遞到肢體，以便恢復(fù)功能。

解決這個問題的一種方法是在肩膀的大肌肉中植入神經(jīng)并在其上連接電極。這種方法的問題是電極周圍形成疤痕組織，而且只能從電極中提取表面水平的信息。

為了獲得更好的分辨率，任何用于恢復(fù)功能的植入物都需要從電極中提取更多信息。為了提高靈敏度，研究人員希望設(shè)計(jì)出可以在單個神經(jīng)纖維或軸突規(guī)模上工作的東西。

“軸突本身有一個很小的電壓，”Barone說?！暗且坏┧c具有更高電壓的肌肉細(xì)胞連接，來自肌肉細(xì)胞的信號就更容易提取。這就是你可以提高植入物靈敏度的地方。

研究人員設(shè)計(jì)了一種生物相容性柔性電子設(shè)備，該器件是薄到足以附著在神經(jīng)末端.然后將一層干細(xì)胞重新編程為肌肉細(xì)胞，放置在電極上。這是這種類型的干細(xì)胞，稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，以這種方式用于生物體。

“這些細(xì)胞給了我們很大程度的控制，”Barone說?！拔覀兛梢愿嬖V他們?nèi)绾伪憩F(xiàn)，并在整個實(shí)驗(yàn)過程中檢查他們。通過將細(xì)胞放在電子設(shè)備和活體之間，身體看不到電極，它只看到細(xì)胞，因此不會產(chǎn)生疤痕組織。

劍橋生物混合裝置被植入大鼠癱瘓的前臂。干細(xì)胞在植入前已轉(zhuǎn)化為肌肉細(xì)胞，與大鼠前臂的神經(jīng)整合在一起。雖然大鼠的前臂沒有恢復(fù)運(yùn)動，但該設(shè)備能夠從大腦中獲取控制運(yùn)動的信號。如果連接到神經(jīng)的其余部分或假肢，該設(shè)備可以幫助恢復(fù)運(yùn)動。.

細(xì)胞層還通過提高分辨率并允許在生物體內(nèi)進(jìn)行長期監(jiān)測來改善設(shè)備的功能。這些細(xì)胞在為期28天的實(shí)驗(yàn)中幸存下來：這是細(xì)胞被證明可以在這種擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中存活下來。

研究人員說，他們的方法有與其他嘗試相比，截肢者恢復(fù)功能的多種優(yōu)勢.除了易于集成和長期穩(wěn)定性外，該設(shè)備還足夠小，只需進(jìn)行鎖孔手術(shù)即可植入。其他用于截肢者功能恢復(fù)的神經(jīng)接口技術(shù)需要復(fù)雜的患者特定皮質(zhì)活動解釋與肌肉運(yùn)動相關(guān)聯(lián)，而劍橋開發(fā)的設(shè)備是一種高度可擴(kuò)展的解決方案，因?yàn)樗褂谩艾F(xiàn)成”細(xì)胞。

除了恢復(fù)失去肢體或四肢功能的人的功能的潛力外，研究人員表示，他們的設(shè)備還可用于通過與負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的特定軸突相互作用來控制假肢。

細(xì)胞層還通過提高分辨率并允許在生物體內(nèi)進(jìn)行長期監(jiān)測來改善設(shè)備的功能。這些細(xì)胞在為期28天的實(shí)驗(yàn)中幸存下來：這是細(xì)胞被證明可以在這種擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中存活下來。

研究人員說，他們的方法有與其他嘗試相比，截肢者恢復(fù)功能的多種優(yōu)勢.除了易于集成和長期穩(wěn)定性外，該設(shè)備還足夠小，只需進(jìn)行鎖孔手術(shù)即可植入。其他用于截肢者功能恢復(fù)的神經(jīng)接口技術(shù)需要復(fù)雜的患者特定皮質(zhì)活動解釋與肌肉運(yùn)動相關(guān)聯(lián)，而劍橋開發(fā)的設(shè)備是一種高度可擴(kuò)展的解決方案，因?yàn)樗褂谩艾F(xiàn)成”細(xì)胞。

除了恢復(fù)失去肢體或四肢功能的人的功能的潛力外，研究人員表示，他們的設(shè)備還可用于通過與負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的特定軸突相互作用來控制假肢。