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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，利用光來研究和治療周圍神經(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，并在動物試驗(yàn)中證明了其療效。這種纖維有助于測試神經(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)院的工程師們開發(fā)出了可植入的軟纖維，這種纖維能將光線傳送到人體的主要神經(jīng)。當(dāng)這些神經(jīng)經(jīng)過基因改造對光做出反應(yīng)時，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)家可以用它來探索動物模型中周圍神經(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，就會出現(xiàn)周圍神經(jīng)痛，導(dǎo)致受影響的肢體刺痛、麻木和疼痛。據(jù)估計(jì)，美國有超過2000萬人患有周圍神經(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："目前用于研究神經(jīng)疾病的設(shè)備都是由限制運(yùn)動的僵硬材料制成的，因此如果涉及疼痛，我們就無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，并在不限制受試者運(yùn)動的情況下完成工作。這可以為我們提供更精確的信息"。

麻省理工學(xué)院的工程師們設(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。圖片來源：研究人員提供

"現(xiàn)在，人們有了一種工具，可以在非常動態(tài)、自然和無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，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)院和美國國立衛(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)是一種通過基因工程使神經(jīng)對光做出反應(yīng)的技術(shù)。暴露在光線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圍環(huán)境相互作用的信息。

神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)在動物身上應(yīng)用光遺傳學(xué)來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)域缺乏痛覺感受器，因此可以相對無痛地植入硬質(zhì)裝置。然而，硬質(zhì)裝置仍會損傷神經(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)也會受到一系列損傷，包括坐骨神經(jīng)痛、運(yùn)動神經(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。周圍神經(jīng)不斷受到周圍肌肉和組織的推拉。如果在外周使用剛性硅裝置，就會限制動物的自然運(yùn)動，并可能造成組織損傷。

晶體與光

研究人員希望開發(fā)出一種能與身體一起工作和運(yùn)動的替代品。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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