植入酷酷的发光芯片居然是为了治病?

植入酷酷的发光芯片居然是为了治病?

编者按:慢性疼痛确实很折磨人,如果我们能够通过开关管控痛觉,那该多好!其实最前沿的技术已经造出了这样的设备,不过这款设备造出来的主要目的并不是管控痛觉,而是帮助研究者了解痛觉的产生原理。


本文编译自 MIT Technology Review,图片来源于网络。

慢性疼痛经常让人难以忍受,更不用说治疗了。但现在有一块柔韧且可植入的小型电子设备可以解释为什么你身体中某一块部位会疼痛。这个系统的特点在于它的无线控制的可发光 LED 灯,如果你轻击开关,它可能会帮你减轻疼痛。

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在最近的一次展示中,这个设备的投资人展示了芯片是如何被植入进老鼠的身体中,以及如何通过名为「光遗传学」的新兴技术操控产生痛觉的神经系统电路。这项技术需要调整神经细胞的 DNA,这样它们才能以开关灯光的方式打开痛觉或者阻断痛觉。研究者还展示了,这些植入物可以长时间地留在体内,并且不会明显地损伤机机体组织和损害集体行动功能。

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已经有很多研究者在运用这项大约十年以前发明的技术,来更准确地理解数组相关联的神经细胞是如何协同工作处理不同功能的。但是这项技术很依赖外部光源,这就将技术应用的目标局限于那些靠近骨骼的神经系统电路,尤其是在头骨部位的。因为只有在骨骼上,这些硬质的光纤才能被固定住,并且避免在动物移动时给神经组织造成伤害。

这项新的可植入系统,是由非常薄且柔软的材料,以类似于生物机体组织的形式制造出来的。使用时,它不需要被插入骨头中。这对那些科学家更好地理解由周围神经系统和脊髓神经元活动引起的慢性疼痛很重要。

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Robert Gereau 是一名麻醉学教授,兼圣路易斯华盛顿大学疼痛研究中心的主任。他表示,当来自伊利诺伊大学香槟分校的材料工程学的教授 John Rogers 展示了这块可折叠可植入的微型 LED——这些 LED 可以无线操控,并且能影响老鼠的脑活动,在这之后,他和同事们就一直在试图找出能够避免将光纤固定进动物体内的方法。

于是这两个团队就联合起来一起开发可植入且可用于学习周围神经系统和脊髓的微型 LED 设备。这项新设计的关键之处在于微型可伸缩的无线天线,并且这个天线可以从无线电波中获得能量以驱动设备。在之前的设计中,这个设备的天线要大一些,并且必须固定在老鼠的头骨上。

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研究者将这个设备要么植入到老鼠的坐骨神经中——从脊髓末端到下肢的后面,要么植入到老鼠的脊髓硬膜外腔的上端。在概念证明的试验中,这个团队展示了通过将一组神经元修改成光敏性并点亮这组神经元,证实了这组神经元如研究者猜想的与疼痛相关。

Gereau 表示,这项新技术将会敞开大门以调查「一些长期的问题」——如在脊髓中如何处理知觉信息,以及确认引起痛觉之时,不同的神经元扮演的角色。生物学上更好的认识将会帮助我们更好地利用光遗传学定位某一特定的神经电路并找到更好的治疗方法。


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