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麻省理工學院最新創新成果：可以阻斷外周神經疼痛的軟光纖

2023-10-20 15:46:13 來源：cnBeta

麻省理工學院的研究人員推出了可植入的柔性纖維，利用光來研究和治療周圍神經疼痛。這一創新工具將光遺傳學的應用擴展到了大腦之外，并在動物試驗中證明了其療效。這種纖維有助于測試神經相關疼痛的治療方法。

科學家們有了一種新工具，可以精確地照亮神經疼痛的根源。麻省理工學院的工程師們開發出了可植入的軟纖維，這種纖維能將光線傳送到人體的主要神經。當這些神經經過基因改造對光做出反應時，光纖就能向神經發送光脈沖，從而抑制疼痛。光導纖維是柔性的，可隨人體伸縮。

這種新型纖維是一種實驗工具，科學家可以用它來探索動物模型中周圍神經疾病的原因和潛在治療方法。當大腦和脊髓以外的神經受損時，就會出現周圍神經痛，導致受影響的肢體刺痛、麻木和疼痛。據估計，美國有超過2000萬人患有周圍神經病。

(資料圖片僅供參考)

馬薩諸塞大學阿默斯特分校生物醫學工程助理教授饒思遠（Siyuan Rao）說："目前用于研究神經疾病的設備都是由限制運動的僵硬材料制成的，因此如果涉及疼痛，我們就無法真正研究脊髓損傷和恢復情況。我們的纖維可以適應自然運動，并在不限制受試者運動的情況下完成工作。這可以為我們提供更精確的信息"。

麻省理工學院的工程師們設計了一種軟水凝膠光纖（如圖所示），它可以刺激外周神經，幫助研究人員確定神經相關疼痛的起源和治療方法。圖片來源：研究人員提供

"現在，人們有了一種工具，可以在非常動態、自然和無約束的條件下研究與外周神經系統有關的疾病，"22 歲的劉欣悅（Xinyue Liu）博士補充說，她現在是密歇根州立大學（MSU）的助理教授。

今天（10月19日）發表在《自然-方法》（Nature Methods）雜志上的一項研究報告詳細介紹了他們團隊的新型纖維。Rao和Liu在麻省理工學院的合著者包括化學系研究生Atharva Sahasrabudhe、機械工程和土木與環境工程系教授Xuanhe Zhao、材料科學與工程系教授Polina Anikeeva，以及密歇根州立大學、馬薩諸塞大學阿默斯特分校、哈佛醫學院和美國國立衛生研究院的其他教授。

將光遺傳學擴展到大腦之外

這項新研究源于研究小組希望將光遺傳學的應用擴展到大腦以外的領域。光遺傳學是一種通過基因工程使神經對光做出反應的技術。暴露在光線下可以激活或抑制神經，從而為科學家提供有關神經如何工作以及如何與周圍環境相互作用的信息。

神經科學家已經在動物身上應用光遺傳學來精確追蹤一系列腦部疾病的神經通路，包括成癮、帕金森病、情緒和睡眠障礙--這些信息已經促成了針對這些疾病的靶向療法。

迄今為止，光遺傳學主要應用于大腦，這一區域缺乏痛覺感受器，因此可以相對無痛地植入硬質裝置。然而，硬質裝置仍會損傷神經組織。麻省理工學院的研究小組想知道，這種技術能否擴展到大腦以外的神經。與大腦和脊髓一樣，外周系統的神經也會受到一系列損傷，包括坐骨神經痛、運動神經元疾病以及全身麻木和疼痛。

光遺傳學可以幫助神經科學家確定外周神經疾病的具體原因，并測試緩解這些疾病的療法。但是，在大腦之外實施這項技術的主要障礙是運動。周圍神經不斷受到周圍肌肉和組織的推拉。如果在外周使用剛性硅裝置，就會限制動物的自然運動，并可能造成組織損傷。

晶體與光

研究人員希望開發出一種能與身體一起工作和運動的替代品。他們的新設計是一種柔軟、可伸縮的透明纖維，由水凝膠制成。水凝膠是一種橡膠狀、生物相容性高的聚合物和水的混合物，他們調整了水凝膠的比例，以創造出微小、納米級的聚合物晶體，散布在更像果凍的溶液中。

光纖包含兩層--內芯和外殼或"包層"。研究小組混合了每一層的溶液，以產生特定的晶體排列。這種排列使每一層都具有特定的、不同的折射率。

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