“合成”设备可以恢复瘫痪肢体的功能

研究人员已经开发出一种新型的神经植入恢复截肢患者的肢体功能和其他失去了手臂或腿的使用。

在在老鼠身上进行的一项研究中,剑桥大学的研究人员们用设备来改善之间的连接大脑和四肢瘫痪。电子产品和设备结合灵活人类干细胞——身体的“可编程”主细胞——更好地整合神经和肢体功能。

先前的尝试使用神经植入物恢复肢体功能大多失败,疤痕组织倾向于形成电极随着时间的推移,阻碍之间的连接设备和神经。肌肉细胞重新编程的一个层面干细胞在电极和之间活组织,研究人员发现设备集成了主人的身体,阻止疤痕组织的形成。电极上的细胞存活的时间28天的实验中,这是第一次这么长段监测。

研究人员说,通过结合两个先进治疗神经regeneration-cell疗法和bioelectronics-into单个设备,他们能克服这两种方法的缺点,改善功能和敏感性。

虽然需要广泛的研究和测试之前,可以用于人类,该设备是一种很有前途的发展截肢者或那些已经失去功能的肢体或四肢。结果发表在杂志上科学的进步。

一个巨大的挑战,试图扭转受伤,导致失去了肢体或肢体功能的丧失是神经元再生的能力,重建神经回路中断。

“如果有人胳臂和腿截肢,例如,所有的信号神经系统仍然存在,即使身体肢体走了,”博士说达巴龙来自剑桥的临床神经科学,共同研究。“挑战与集成假肢,胳膊或腿或恢复功能,提取信息的神经,让肢体功能恢复。”

解决这个问题的方法之一是植入神经肌肉的肩膀,附加电极。这种方法的问题是电极周围的疤痕组织形式,加上只能提取从电极表面的信息。

得到更好的解决,任何植入恢复功能需要从电极中提取更多的信息。和提高灵敏度,研究人员想设计出可以在单个神经纤维的规模,或轴突。

“一个轴突本身有一个小电压”,说的问题。“但一旦与肌细胞,具有更高的电压,肌细胞的信号更容易提取。这就是你可以增加植入物的敏感性。”

研究人员设计了一个生物相容性的灵活的电子设备,足够薄被附加到的神经。一层干细胞,肌肉细胞重新编程,然后放置在电极。这是第一次,这种类型的干细胞,称为诱导多功能干细胞,以这种方式被用于一个活的有机体。

“这些细胞给我们一个巨大的程度的控制,”说的问题。“我们可以告诉他们如何表现和检查他们在整个实验。通过将细胞电子产品和生活之间的身体,身体并不认为电极,它只是看到的细胞,所以疤痕组织不是生成的。”

剑桥合成装置植入老鼠的瘫痪的前臂。干细胞,这已经变成了肌肉细胞植入前,结合神经大鼠的前臂。虽然老鼠没有运动恢复他们的前臂,该设备能够拿起信号从大脑控制运动。如果连接到其他的神经或假肢,设备可以帮助恢复运动。

细胞层设备的功能也有所改善,通过改善分辨率和允许内部长期监测生物体。通过28天的细胞存活实验:第一次细胞已被证明这种实验而幸存下来。

研究人员说他们的方法有多个优点在截肢者其他试图恢复功能。除了更容易集成和长期稳定、设备足够小,其植入只需要微创手术。其他神经接口技术恢复功能在截肢者需要复杂的特定病人的大脑皮层活动的解释与肌肉运动有关,而Cambridge-developed装置是一种高度可伸缩的解决方案,因为它使用“现成”的细胞。

除了它的潜力恢复功能的人已经失去了使用肢体或四肢,研究人员说他们的设备也可以用于控制假肢的互动与特定的轴突负责运动控制。

“这个接口可以彻底改变我们与科技互动的方式,“co-first作者Amy Rochford说的工程。“结合生活与bioelectronic人类细胞材料,我们已经创建了一个系统,它可以与大脑更自然和直观的交流方式,为假肢开辟新的可能性,脑机接口,甚至增强认知能力。”

“这项技术代表了一个令人兴奋的神经植入物的新方法,我们希望将解锁新的治疗病人的需要,“co-first作者Alejandro Carnicer-Lombarte博士说也从工程的部门。

“这是一个高风险的努力,和我很高兴,”乔治Malliaras教授说从剑桥的工程部门,共同研究。“这是其中的一个东西,你不知道它是否将它工作前两年或十,它最终发生非常有效。”

研究人员目前正在努力进一步优化设备和提高可伸缩性。团队已经提起了专利申请剑桥企业在技术的支持下,大学技术转移的手臂。

这项技术依赖opti-oxTM启用肌肉细胞。opti-ox是一种精密细胞重新编程技术,使忠实的执行细胞的遗传程序允许他们大规模生产一致。opti-ox使肌肉iPSC细胞系实验中使用被提供的科特从剑桥大学的实验室。opti-ox重组技术属于公司bit.bio合成生物学。