211service.com
Ett böjbart implantat knackar på nervsystemet utan att skada det
Medicin nuförtiden underhåller alla typer av ambitiösa planer för att läsa av hjärnsignaler för att kontrollera rullstolar, eller använda elektronik för att kringgå ryggradsskador. Men de flesta av dessa idéer för implantat som kan samverka med nervsystemet stöter på ett grundläggande materialproblem: ledningar är styva och kroppar är mjuka.
Ett implantat tillverkat av silikon och guldtrådar är lika stretchigt som mänsklig vävnad.
Det motiverade vissa forskare vid École Polytechnique Fédérale, i Lausanne, Schweiz, att designa ett mjukt, flexibelt elektroniskt implantat, som de säger har samma förmåga att böjas och sträckas som dura mater, membranet som omger hjärnan och ryggmärgen.
Forskarna, inklusive Gregoire Courtine , har tidigare visat att implantat kan låta möss med ryggradsskador gå igen. De gjorde detta genom att skicka mönster av elektriska stötar till ryggmärgen via elektroder placerade inuti ryggraden (se Förlamade råttor tar 1 000 steg, orkestrerade av dator). Men de stela trådarna skadade mössens nervsystem.
Så Courtine gick med som elektroingenjör Stephanie Lacour (se Innovators Under 35, 2006: Stéphanie Lacour ) för att komma på ett nytt implantat som de kallar e-dura. Den är gjord av mjuk silikon, stretchiga guldtrådar och gummiartade elektroder fläckade med platina, samt en mikrokanal genom vilken forskarna kunde pumpa droger.
Arbetet bygger på pågående framsteg inom flexibel elektronik. Andra forskare har byggt plåster som matchar hudens egenskaper och inkluderar kretsar, sensorer eller till och med radioapparater (se Stick-On Electronic Tattoos ).
Vad som är nytt är hur töjbar elektronik går samman med en bredare ansträngning för att uppfinna nya sätt att skicka och ta emot signaler från nerver (se Neurosciences nya verktygslåda). Människor tänjer på gränserna eftersom alla vill interagera exakt med hjärnan och nervsystemet, säger Polina Anikeeva, en materialvetare vid MIT som utvecklar ultratunna fiberoptiska trådar som ett annat sätt att interagera med neural vävnad.
Anledningen till att metall- eller plastelektroder så småningom orsakar skada eller slutar fungera är att de orsakar kompression och vävnadsskador. Ett styvt implantat, även om det är väldigt tunt, kommer fortfarande inte att sträckas som ryggmärgen gör. Det glider mot vävnaden och orsakar mycket inflammation, säger Lacour. När du böjer dig för att knyta dina skosnören sträcker sig ryggmärgen med flera procent.
Implantatet efterliknar en egenskap hos mänsklig vävnad som kallas viskoelasticitet - någonstans mellan gummi och en mycket tjock vätska. Nyp huden på din hand med kraft och den kommer att deformeras, men flyter sedan tillbaka på plats.
Med hjälp av det flexibla implantatet rapporterade de schweiziska forskarna idag i tidskriften Vetenskap att de kunde övervinna ryggradsskada hos råttor genom att linda den runt ryggmärgen och skicka elektriska signaler för att få gnagarens bakben att röra sig. De pumpade också in kemikalier för att förbättra processen. Efter två månader såg de få tecken på vävnadsskada jämfört med konventionella elektroder, vilket slutade med att orsaka en immunreaktion och försämra djurets förmåga att röra sig.
Det slutliga målet med denna typ av forskning är ett implantat som kan återställa en förlamad persons förmåga att gå. Lacour säger att det fortfarande är långt kvar, men tror att det förmodligen kommer att involvera mjuk elektronik. Om man vill ha en terapi för patienter vill man säkerställa att den kan hålla i kroppen, säger hon. Om vi kan matcha egenskaperna hos den neurala vävnaden borde vi ha ett bättre gränssnitt.