新型的微型植入式无线设备可以帮助人体修复神经和减轻体重

新型的微型植入式无线设备可以帮助人体修复神经和减轻体重

目前,现有的植入型电子设备中有些用于稳定心脏,有些平静震颤和有些可以治愈伤口 - 但它们往往都存在着一些弊端。这些机器通常是带有电池和电线的大型的突出的装置,需要手术植入,有时需要更换。但是在上个月的材料研究学会会议上,生物医学工程师推出了生物电子学,它可以在更小的空间内完成更多的工作,不需要电池,甚至可以在不再需要时溶解。

伦敦大学学院的生物医学工程师Shervanthi Homer-Vanniasinkam说:“这一领域正在大力发展新的技术。”通过使生物电子学更贴近生活,这些技术升级可以扩大其应用范围。德国慕尼黑技术大学的神经电子学专家Bernhard Wolfrum说:“如果应用这个技术,那除了传统药物疗法以外,能够为患者提供新的治疗手段。” “有很多人正在朝着这个方向研究。”

其中一位是伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的材料科学家约翰罗杰斯(John Rogers),他正在努力改进外科医生用来刺激创伤患者受损外周神经愈合的现有装置。在手术过程中,医生将切断的神经缝合在一起,然后通过在修复的任一侧放置电极来提供温和的电刺激。

Roger和他的合作者考虑他们是否可以利用他们几年前开发的柔性可溶解的电子材料来缩短治疗时间。他们使用金属,半导体和聚合物的混合物制作具有两个电极的简单线圈。线圈设计用作天线,拾取从身体外部无线传输的射频脉冲,并将其转换为温和的电脉冲。Rogers和他的团队将这些装置植入25只大鼠体内,将大鼠的坐骨神经切断至其中一条后腿,每天刺激神经末梢1小时,最长达6天。

他们在10月8日出版的“自然医学”杂志上报告说,与未接受刺激或仅接受一天或几天的动物相比,刺激使神经愈合率提高了约50%。并且没有必要重新打开伤口来移除小工具。材料分解并排出体外。罗杰斯说:“21天后,设备完全消失,似乎没有任何不利影响”。

“毫无疑问,这是具有潜在的临床价值的,”Homer-Vanniasinkam说。然而,她指出,在可溶解电子产品进入人体之前,研究人员需要确认设备中的所有材料都能安全降解。

威斯康星大学麦迪逊分校的生物电子专家徐旭东正在开发微型无线设备,在其他研究者的技术基础上将身体的运动转化为电流。在11月29日ACS Nano报道的一项研究报告中,这是一种指尖大小的发生器,可以为老鼠皮肤的伤口提供微小的电脉冲流。在会议上,王先生介绍了类似的发电机模拟商用植入电极,旨在帮助肥胖患者减肥。

这个装置将刺激迷走神经的一个分支,从结肠和胃延伸到脑干,有助于在进食后传递饱腹感。可用设备是起搏器尺寸,包含经常需要更换的电池,需要反复手术。王先生和他的同事想看看他们的小型设备是否可以完成相同的工作,而这种设备不再需要电池。

他们将他们的设备植入老鼠胃的外壁,因此器官在进食过程中的运动会为发生器提供动力。在会议上,王先生的报告说,植入电力发生器的动物进食次数没有发生变化,但食量比对照动物少。大鼠在18天内体重减轻38%,此时体重稳定。

德克萨斯州休斯顿赖斯大学的应用物理学家雅各布·罗宾逊(Jacob Robinson)将他的植入式刺激器缩小到一粒米的大小。它不是通过运动提供动力,而是通过从身体外部传递的磁场脉冲来驱动,旨在取代用于控制帕金森病患者震颤的大型电池供电脑刺激器。在患有该疾病版本的小鼠中,罗宾逊将其微小的装置植入丘脑底核,这是大型装置所针对的相同脑区。他在会议上说,动物的震颤消失了,他们的动作变得正常了。

“这非常令人鼓舞,”罗杰斯说。 他指出,罗宾逊和其他人正在将他们的刺激器瞄准更完善的临床领域, 罗杰斯表示,“它将有助于加快监管机构批准此类设备的速度,并为患者铺平道路。”

以上图文均来自ScienceMag。想要了解更多创新医疗产品设计开发案例,欢迎关注ITL官方公众号。

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