瑞士發表人工神經技術 癱瘓的老鼠站起來了

作者 | 發布日期 2015 年 01 月 13 日 8:30 | 分類 生物科技 , 醫療科技
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已故的美國演員克里斯多福李維 (Christopher Reeve) 是 1978 年開始電影「超人」系列的主角,這位高大英挺帥氣的超人後來居然因為馬術比賽受傷,頸部以下完全癱瘓。面對這種神經系統受損卻難以治療的現狀,瑞士科學家發明一種結合電子工程製造出的人工神經,不但讓實驗中的老鼠站了起來,也能接收到腦部發出的電傳導訊號,生物相容性比以往更高,未來頗具發展潛力。



生物科技結合電子工程

在這項發表在「科學」雜誌的研究中,瑞士洛桑聯邦理工學院研究團隊提出「電子硬腦膜植入物」(e-Dura Mater implant),可以模擬保護我們大腦與脊髓的硬腦膜(),不但可以彎曲也可以伸直,同時保護內部線路與流體物質不受干擾。他們將植入物包裹在老鼠的脊髓周圍,並且傳送電子訊號,結果發現可以讓癱瘓老鼠的腿移動。他們也輸送了一些化學物質強化這個效果,兩個月後,他們發現老鼠的組織還是有部份受損的情形,但比起傳統電極材料的影響要少很多。

電子硬腦膜技術重要的地方在於,在身體裡面一般線路用了一陣子就會失效,是因為他們會造成組織損壞、發炎或排斥反應,這也是這個團隊中學者 Gregoire Courtine 先前的研究沒有辦法持續下去的原因;但電子硬腦膜比一般線路更柔軟,可以長期植入到會活動的生物體內,生物相容性比較高。

此外,它可以植入到硬腦膜下方,可以直接與神經組織互動,不像其他的植入物都是在硬腦膜外側。

在這次的研究中,Courtine 找上電子工程師 Stéphanie Lacour 以解決他面對的老問題。Lacour 以聚合物為基礎材料做成厚度只有 35 奈米的載體,用可以很柔軟的金做為電傳導的線路,電極上則包覆鉑,同時也具有微通道功能,可以輸送藥物等流體化學物質,整個功能就很類似脊髓裡的樣子。

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▲電子硬腦膜技術對於受傷而全身癱瘓的超人演員克里斯多福李維類型的病人,將有治療潛力。(圖片來源:schwa23 via photopin cc

也可接收大腦發出的訊號

實驗還有第二階段,研究團隊把電子硬腦膜接在老鼠的大腦運動皮質區,看看當老鼠想要移動自己的腿或是站著不動時,運動皮質區會發出什麼訊號,結果這款植入物確實能收到訊號。Lacour 表示,這代表裝置能夠接收大腦發出的訊息,如此就能夠精確衡量或紀錄大腦的運作。

實驗最後一個部份則是探究電子硬腦膜與運動神經之間的運作。研究團隊先讓一些老鼠模擬成因外傷而造成的脊髓受傷病況,再把裝置植入到受傷的部位,並且給予電傳導刺激及輸入血清素。幾個星期後,老鼠在外部持續發送電傳導訊號的情形下,可以開始走路了,也就是說,老鼠的腿是接受人工訊號,而不是來自老鼠的腦部。

這些實驗成果無疑地將給治療脊髓受損而癱瘓的病人帶來重大影響,而許多牽涉到神經傳導技術的研究,例如用大腦控制義肢、治療腦部損傷等,帶來新的線索與希望,不過這些都還有一段長路要走,至少就如 Lacour 所說「先想辦法把老鼠外接的線路拿掉再說」。

(首圖來源:EFPL)

 

註釋

腦部與脊髓的神經細胞很脆弱,必須要有足夠的腦膜組織保護,硬腦膜 (Dura Mater) 是腦膜中最外面的一層,也是最堅韌的一層,可以固定腦部的位置,避免因為移動而扯斷了連結腦部的血管。(回到本文

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