一種纏繞在脊髓上的微小、靈活的電子設(shè)備可能代表了一種治療脊髓損傷的新方法，脊髓損傷可能導(dǎo)致嚴(yán)重的殘疾和癱瘓。

一個(gè)由劍橋大學(xué)的工程師、神經(jīng)科學(xué)家和外科醫(yī)生組成的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了這種設(shè)備，并用它們來記錄大腦和脊髓之間來回傳遞的神經(jīng)信號。與目前的方法不同，劍橋的設(shè)備可以記錄360度的信息，給出脊髓活動的完整圖像。

在活體動物和人體尸體模型上進(jìn)行的測試表明，這種裝置還可以刺激肢體運(yùn)動，并繞過大腦和脊髓之間的通訊完全中斷的脊髓損傷。

目前大多數(shù)治療脊髓損傷的方法都包括用電極刺穿脊髓和在大腦中植入植入物，這兩種手術(shù)都是高風(fēng)險(xiǎn)的。劍橋大學(xué)開發(fā)的設(shè)備可以在不需要腦部手術(shù)的情況下治療脊柱損傷，這對患者來說要安全得多。

雖然這樣的治療至少還需要幾年的時(shí)間，但研究人員表示，這種設(shè)備在短期內(nèi)可以用于監(jiān)測手術(shù)期間的脊髓活動。更好地了解難以研究的脊髓，可能會改善一系列疾病的治療方法，包括慢性疼痛、炎癥和高血壓。研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

“脊髓就像一條高速公路，以神經(jīng)沖動的形式在大腦之間傳遞信息，”工程學(xué)教授喬治·馬利亞拉斯(George Malliaras)說，他是這項(xiàng)研究的共同負(fù)責(zé)人?！凹顾钃p傷會導(dǎo)致交通中斷，導(dǎo)致嚴(yán)重殘疾，包括感覺和運(yùn)動功能的不可逆轉(zhuǎn)的喪失?！?/p>

監(jiān)測進(jìn)出脊髓的信號的能力可以極大地幫助開發(fā)脊髓損傷的治療方法，也可以在近期內(nèi)更好地監(jiān)測手術(shù)期間的脊髓。

“大多數(shù)監(jiān)測或刺激脊髓的技術(shù)只與脊髓后部或背側(cè)部分的運(yùn)動神經(jīng)元相互作用，”臨床神經(jīng)科學(xué)部的達(dá)米亞諾·巴隆博士說，他是這項(xiàng)研究的共同負(fù)責(zé)人。“這些方法只能到達(dá)脊椎的20%到30%，所以你得到的是一個(gè)不完整的圖像。”

通過從微電子學(xué)中獲得靈感，研究人員開發(fā)了一種從整個(gè)脊柱獲取信息的方法，通過在脊髓周圍包裹非常薄的高分辨率植入物。這是第一次安全的360度脊髓記錄成為可能——早期的360度監(jiān)測方法使用刺穿脊柱的電極，這可能導(dǎo)致脊髓損傷。

劍橋大學(xué)開發(fā)的生物相容性設(shè)備只有百萬分之幾米厚，采用先進(jìn)的光刻和薄膜沉積技術(shù)制成，所需的能量最小。

這種裝置攔截在脊髓的軸突或神經(jīng)纖維上傳播的信號，使信號被記錄下來。這種設(shè)備的輕薄意味著它們可以記錄信號而不會對神經(jīng)造成任何損害，因?yàn)樗鼈儾粫┩讣顾璞旧怼?/p>

“這是一個(gè)困難的過程，因?yàn)槲覀円郧皼]有用這種方式做過脊椎植入物，而且不清楚我們能否安全成功地將它們放置在脊柱周圍，”馬利亞拉斯說。“但由于工程和神經(jīng)外科的最新進(jìn)展，行星已經(jīng)對齊，我們在這個(gè)重要領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展?！?/p>

這些裝置的植入采用了一種適應(yīng)常規(guī)外科手術(shù)的方法，這樣它們就可以在不損傷脊髓的情況下滑到脊髓下。在大鼠模型的測試中，研究人員成功地使用了這種裝置來刺激肢體運(yùn)動。這些裝置顯示出非常低的延遲——也就是說，它們的反應(yīng)時(shí)間接近于人類的反射運(yùn)動。在人體尸體模型上的進(jìn)一步測試表明，這種裝置可以成功地植入人體。

研究人員表示，他們的方法可能會改變未來脊髓損傷的治療方式。目前治療脊髓損傷的嘗試包括大腦和脊柱植入，但劍橋大學(xué)的研究人員表示，大腦植入可能沒有必要。

“如果有人有脊髓損傷，他們的大腦是好的，但它的連接被中斷了，”巴隆說。“作為一名外科醫(yī)生，你想要找到問題所在，所以在脊柱手術(shù)之上增加腦部手術(shù)只會增加患者的風(fēng)險(xiǎn)。我們可以以一種侵入性小得多的方式從脊髓收集所需的所有信息，因此這將是治療脊髓損傷的一種更安全的方法?！?/p>

雖然脊髓損傷的治療還需要幾年的時(shí)間，但在近期，這些設(shè)備可以幫助研究人員和外科醫(yī)生以一種非侵入性的方式更多地了解這一至關(guān)重要但尚未得到充分研究的人體解剖學(xué)部分。劍橋大學(xué)的研究人員目前正計(jì)劃在手術(shù)過程中使用這種設(shè)備來監(jiān)測脊髓中的神經(jīng)活動。

Barone說:“直接研究人類的整個(gè)脊髓幾乎是不可能的，因?yàn)樗侨绱宋⒚詈蛷?fù)雜?！薄笆中g(shù)期間的監(jiān)測將幫助我們更好地了解脊髓，而不會損傷它，這反過來將幫助我們開發(fā)出更好的治療慢性疼痛、高血壓或炎癥等疾病的方法。”這種方法顯示出幫助患者的巨大潛力。”

這項(xiàng)研究得到了皇家外科醫(yī)學(xué)院、醫(yī)學(xué)科學(xué)院、英格蘭健康教育學(xué)院、國家健康研究所和工程與物理科學(xué)研究委員會(EPSRC)的部分支持，EPSRC是英國研究與創(chuàng)新(UKRI)的一部分。