Διέγερση νευρικού συστήματος: Ένα μικροσκοπικό ηλεκτρόδιο λεπτής μεμβράνης με περίβλημα 3-D έχει εμφυτευτεί στο περιφερειακό νευρικό σύστημα των πτηνών, όπου καταγράφει με επιτυχία ηλεκτρικές παρορμήσεις που οδηγούν σε φωνητικά. Η έρευνα θεωρείται ως πρόοδος στον αναδυόμενο τομέα της βιοηλεκτρονικής ιατρικής και τελικά θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα θεραπεία για ασθένειες όπως το σύνδρομο φλεγμονώδους εντέρου, η ρευματοειδής αρθρίτιδα και ο διαβήτης, δήλωσε ο Tim Gardner, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον Phil και Penny Knight. Πανεπιστημιούπολη για την επιτάχυνση του επιστημονικού αντικτύπου. Ο Gardner ήταν ο κύριος ερευνητής του έργου που περιγράφεται στο περιοδικό Nature Communications.
Η ερευνητική του ομάδα ανέπτυξε τη συσκευή, που ονομάζεται νανοκλίπ, που είναι περίπου η διάμετρος μιας ανθρώπινης τρίχας. Είναι το πρώτο ηλεκτρόδιο μανσέτας για καταγραφή ή διέγερση περιφερειακών νεύρων που κατασκευάζεται σε κλίμακα συμβατή με τα μικρότερα νεύρα του σώματος. Η έρευνα έγινε στο πρώην εργαστήριό του στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης και προχωρά περαιτέρω στο εργαστήριο του Knight Campus. “Πιστεύω ότι πολλές μελλοντικές συσκευές θα περιλαμβάνουν έναν συνδυασμό μικροκατασκευής λεπτής μεμβράνης χρησιμοποιώντας τυπικές διαδικασίες καθαρού δωματίου και εκτύπωση 3-D σε κλίμακα μικρού”, δήλωσε ο Gardner, ο οποίος προσχώρησε στο UO τον Ιούνιο του 2019. “Αυτό ισχύει για τα βιοϊατρικά εμφυτεύματα ως καθώς και συσκευές για πειραματική φυσική και άλλους τομείς”.
Το νανοκλειδί μπορεί να αποκωδικοποιήσει και να διαμορφώσει ηλεκτρικά σήματα που ταξιδεύουν στο περιφερικό νευρικό σύστημα, το οποίο περιέχει νεύρα και νευρωνικά κύτταρα έξω από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό που ελέγχουν τα τελικά όργανα. Η βιοηλεκτρική ιατρική, δήλωσε ο Gardner, επιδιώκει να ρυθμίσει αυτά τα σήματα για τη θεραπεία χρόνιων προβλημάτων όπως το άσθμα, ο έλεγχος της ουροδόχου κύστης, η υπέρταση, το σύνδρομο πολυκυστικών ωοθηκών ή ακόμη και η βλαβερή φλεγμονώδης απόκριση σε ορισμένες περιπτώσεις COVID-19. Εκτός από την επίτευξη σταθερών, υψηλών αναλογιών σήματος προς θόρυβο των νευρικών σημάτων κατά τη διάρκεια των φωνητικών φωνών σε ενήλικες αρσενικούς σπέρματα ζέβρας, η συσκευή επέτρεψε στους ερευνητές να ελέγχουν με ακρίβεια την έξοδο του νεύρου. Κατάφεραν να προκαλέσουν ξεχωριστά φωνητικά για διαφορετικά χωρικά μοτίβα ενεργοποίησης σε έξι ηλεκτρικές επαφές μέσα στο νανοκλίπ.
Ένας τέτοιος χωροχρονικός έλεγχος μπορεί να είναι χρήσιμος για μελλοντικά βιοϊατρικά εμφυτεύματα που επιδιώκουν όχι μόνο να ενεργοποιήσουν ένα νεύρο αλλά να το κάνουν με χωρική επιλεκτικότητα για συγκεκριμένες δομές εντός των νεύρων που έχουν διαφορετικές λειτουργίες στο τελικό όργανο. Ένα βασικό χαρακτηριστικό της συσκευής, είπε ο Gardner, είναι η ευκολία του χειρουργικού εμφυτεύματος, το οποίο παραμένει ένα σημαντικό εκκρεμές ζήτημα στα μελλοντικά βιοηλεκτρικά φάρμακα.
“Φανταστείτε ότι έπρεπε να χειριστείτε ένα μικρό νεύρο και να σπρώξετε μια συσκευή πάνω του χρησιμοποιώντας λαβίδα για να ανοίξετε και το ηλεκτρόδιο μανσέτας και να το τοποθετήσετε στο νεύρο”, είπε. “Ο μικρο-χειρισμός που απαιτείται με τα τρέχοντα ηλεκτρόδια μανσέτας μπορεί να είναι καταστροφικός για τα μικρότερα νεύρα. Αντίθετα, το 3-D κατασκευασμένο νανοκλίπωμα μπορεί να εμφυτευτεί απλώς ωθώντας το στο νεύρο. Αυτή η ευκολία εμφύτευσης μπορεί να επιτρέψει την κλειδαρότρυπα ή άλλη ελάχιστα επεμβατική χειρουργική επέμβαση. “
Τα nanoclips δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή που σχεδιάστηκε από την ερευνητική ομάδα. Ο εκτυπωτής, είπε ο Gardner, μπορεί να κατασκευάσει τις συσκευές έως και 20 φορές γρηγορότερα από τους υπάρχοντες εκτυπωτές που διατίθενται στο εμπόριο και λειτουργούν με παρόμοια ανάλυση. Ενώ οι συσκευές που περιγράφονται στο έγγραφο χρησιμοποιούν μια χημική χημεία φωτοανθεκτικής ιδιοκτησίας που δεν έχει εγκριθεί για ανθρώπινη χρήση , τα τρέχοντα ηλεκτρόδια νανοκλεισμάτων που κατασκευάζονται στο εργαστήριο χρησιμοποιούν μια προσέγγιση που σχετίζεται στενά με τα υπάρχοντα υλικά οδοντικών εμφυτευμάτων, υποδηλώνοντας μια πιθανή πορεία προς τη μελλοντική ανθρώπινη χρήση.
Ενώ υπάρχουν ερευνητικές ομάδες που δοκιμάζουν τώρα νευρικές θεραπείες σε ανθρώπους, συμπεριλαμβανομένης της Galvani Bioelectronics, ένα τμήμα της GlaxoSmithKline που χρηματοδότησε εν μέρει αυτήν την έρευνα, οι συν-συγγραφείς της μελέτης έγραψαν στο συμπέρασμά τους ότι “η βασική επιστήμη της σηματοδότησης των νεύρων σε σχέση με τη φυσιολογική λειτουργία πρέπει να είναι αναπτυγμένος.” “Αυτή η μελέτη είναι πραγματικά μια πρώιμη δοκιμή για νέες μεθόδους κατασκευής που εστιάζονται σε δομές υπομετρικού μήκους”, δήλωσε ο Γκάρντνερ. “Ένα επίκεντρο της εργασίας στο εργαστήριό μου στο Knight Campus είναι να βελτιώσω τις μεθόδους για την ενσωμάτωση της κατασκευής λεπτής μεμβράνης και της εκτύπωσης 3-D με ανάλυση μικρομέτρων και τη χρήση αυτών των εργαλείων για τη δημιουργία νέων ειδών συσκευών.”
ΠΗΓΗ: Scientist unveils a 3-D printed device to excite nerves