人类干细胞被用来制造新型生物混合神经植入物

人类干细胞被用来制造新型生物混合神经植入物两者都试图通过绕过受伤部位与现有的神经细胞相互作用，或通过用新的细胞替换受损的细胞，来恢复瘫痪或截肢的功能。然而，这也是有缺点的。就替换受损细胞而言，移植的神经元可能难以建立功能连接。如果没有健康的工作细胞与之对接，电极就不能有效地工作，这通常是由于受伤部位的疤痕组织堆积造成的。此外，目前的神经技术缺乏与负责执行不同功能的不同类型神经元对接的能力。这些问题的一个潜在答案在于生物混合装置，它将人类干细胞与生物电子学结合起来，创造一个更有效的神经接口。现在，剑桥大学的研究人员已经做到了这一点，创造了一个突破性的新生物混合装置，可以与身体组织整合。该设备的关键成分是诱导多能干细胞（iPSCs），即成人细胞--通常是皮肤或血细胞--在实验室中被重新编程，变得像胚胎干细胞，可以发育成任何其他类型的细胞。研究人员用iPSCs创建了肌细胞，即构成骨骼肌的细胞。这是第一次以这种方式将iPSCs用于生物体内。iPSCs被排列在微电极阵列（MEAs）的网格中，该阵列非常薄，可以吸附在神经末端。这产生了一层肌细胞，位于设备的电极和活体组织之间。研究人员随后将生物混合装置植入大鼠体内进行测试。他们将该设备覆盖细胞的一侧连接到大鼠前腿中被切断的尺神经和正中神经。选择这些神经是因为它们与人类上肢神经的损伤以及相关的精细运动和感觉功能的丧失相近。与对照组相比，研究人员发现，该装置与大鼠的身体融为一体，并防止了疤痕组织的形成。此外，iPSC衍生的细胞在植入后存活了四周，这是细胞首次在这种长时间的实验中存活。该研究的共同作者DamianoBarone博士说："这些细胞给了我们很大程度的控制。我们可以告诉它们如何表现，并在整个实验过程中检查它们。通过将细胞置于电子设备和活体之间，身体看不到电极，只看到细胞，所以不会产生疤痕组织。"四个星期后，研究人员对植入的神经进行了测试，发现它们的行为与正常的神经一样，表明了健康的神经生理学。虽然大鼠没有恢复瘫痪肢体的运动，但该设备可以检测到大脑发送的控制运动的信号。这种新设备可以帮助截肢者，其中的挑战是试图使神经元再生，并重建因受伤或截肢而造成的神经回路损伤。Barone说："例如，如果有人被截去了手臂或腿部，那么神经系统中的所有信号仍然存在，尽管物理上的肢体已经消失。整合假肢，或恢复手臂或腿部的功能，所面临的挑战是从神经中提取信息，并将其送到肢体上，以便恢复功能。"研究人员说他们的设备可以通过与控制运动功能的神经元直接互动来克服这个问题。共同第一作者AmyRochford说："这种界面可以彻底改变我们与技术互动的方式。通过将活体人体细胞与生物电子材料相结合，我们创造了一个能够以更自然和直观的方式与大脑沟通的系统。"与标准的、非干细胞的神经植入物相比，该设备具有优势。它的小尺寸意味着它可以通过微创手术进行植入，而使用实验室生产的干细胞使其具有高度的可扩展性。该研究的共同第一作者AlejandroCarnicer-Lombarte博士说："这项技术代表了一种令人兴奋的神经植入新方法，我们希望它将为有需要的患者开启新的治疗方法。"该设备在用于人体之前还需要进一步的研究和广泛的测试，但它代表了神经植入的一个有希望的发展。研究人员正在努力优化该设备并提高其可扩展性。该研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350753.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350753.htm

新研发的纳米级脊柱植入物有助于恢复瘫痪肢体的活动能力

新研发的纳米级脊柱植入物有助于恢复瘫痪肢体的活动能力脊柱刺激器是一种可以通过手术植入患者脊柱的装置，可以绕过受伤部位，恢复一定的活动能力。遗憾的是，这些设备通常体积庞大，需要进行手术，而且存在精度问题。在这项新的研究中，约翰霍普金斯大学的研究小组开发出了一种体积更小的装置，这种装置既灵活又可伸缩。它被放置在与其他刺激器不同的部位--腹外侧硬膜外表面，这不仅靠近运动神经元，精度更高，而且只需用普通注射器注射到位，无需手术。事实证明，在瘫痪小鼠身上进行的试验很有希望。这项研究的第一作者林鼎昌说："在小鼠模型中应用这项新技术，我们诱发腿部运动的电流比传统的背侧刺激低了近两个数量级。我们的刺激器不仅能实现更广泛的运动，还能让我们对电极阵列的刺激模式进行编程，从而产生更复杂、更自然的腿部运动，让人联想到迈步、踢腿和挥手等动作。"研究小组表示，该设备最终可以帮助脊髓损伤或神经系统疾病患者恢复运动功能。这种治疗方法创伤较小，因此更容易获得，成本也更低，可以惠及更多人群。当然，还需要进行更多的开发工作，包括安全性测试，才能将其投入人体使用。这项研究发表在《纳米通讯》（NanoLetters）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400235.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400235.htm

AI思维解码器+人体植入物使瘫痪12年的人重新行走

AI思维解码器+人体植入物使瘫痪12年的人重新行走周三发表在《自然》杂志上的一项中，瑞士的研究人员结合了AI思维解码器和大脑-脊柱植入物，使因摩托车事故瘫痪了12年的Gert-JanOskam重新行走。他在植入一年多后继续保留了这些能力并显示出了神经恢复迹象，即使关闭植入物他也拄着拐杖走路。研究人员首先在Oskam的头骨和脊柱中植入了电极。然后让AI观察他的大脑——当他试图移动不同身体部位时哪些部分会亮——最终将某些电极活动与特定意图相匹配。再用另一种算法连接大脑植入物和脊柱植入物，脊柱植入物向不同身体部位发送电信号从而引发运动。该算法能够解释每个肌肉收缩和放松的方向和速度的细微变化。而且，由于大脑和脊柱之间的信号每300毫秒发送一次，Oskam可以根据哪些有效，哪些无效，迅速调整他的策略。——频道：@TestFlightCN

斯坦福大学：大脑植入物恢复了头部受伤患者的功能

斯坦福大学：大脑植入物恢复了头部受伤患者的功能斯坦福大学研究人员开发的新型大脑植入物在恢复头部受伤患者的功能方面取得了显著成功。深部脑刺激植入物的目标是增强负责意识、学习、记忆、思维和解决问题的区域之间的活动。在一项涉及五名脑损伤参与者的试验中，参与者表示安装该设备后，注意力、阅读能力、记忆力、驾驶技能和整体日常功能都有显着改善。一位参与者吉娜·阿拉塔(GinaArata)在2001年的一场车祸中脑部受伤，她描述了植入物的变革性影响，指出记忆力、协调性和情绪调节能力得到了改善。选定的试验参与者已从昏迷中恢复，他们的大脑系统被认为仍然保留，但功能未达到最佳状态。该植入物旨在精确刺激特定的大脑区域，有效地“点亮”神经通路完好但下调的区域。source：投稿：@TNSubmbot频道：@TestFlightCN

形状记忆植入物可使不能动弹的肌肉不致萎缩

形状记忆植入物可使不能动弹的肌肉不致萎缩纵向贯穿植入物的是一个由镍钛合金制成的弹簧。后者是一种形状记忆合金，在被机械拉伸到某一长度后会暂时保持该长度，但在被加热到某一温度后会恢复到其默认的较短长度。该弹簧被包裹在一个矩形弹性体基体中，该基体提供热绝缘，在不加热的情况下会将弹簧拉长。弹性体上的生物相容性粘合剂使其能够粘附在底层肌肉组织上。其想法是当病人的胳膊或腿因受伤或疾病（如多发性硬化症）而无法动弹时，通过手术将MAGENTA植入肢体的目标肌肉。一个独立的（但有硬线连接的）微处理器/电池植入物随后定期向MAGENTA提供电流，加热镍合金弹簧并使其收缩。当它这样做时，肌肉（和弹性体）也随之收缩。当电流再次关闭时，弹性体将弹簧以及肌肉拉回。在实验室测试中，小鼠将该装置的一个微小版本植入一条后腿的小腿肌肉，然后将该腿固定在一个类似石膏的装置中，时间长达2周。实验的结果证明，这种想法是有希望的。"虽然未经治疗的肌肉和用该设备治疗但未受刺激的肌肉在这一时期明显消瘦，但主动刺激的肌肉显示出肌肉消瘦的减少，"关于这项研究的论文的第一作者SungminNam博士说。"我们的方法还可以促进在三周的固定期间已经损失的肌肉质量的恢复，并诱导激活已知的引起蛋白质合成和肌肉生长的主要生化机械传导途径。"另外研究人员还发现，MAGENTA不需要与电源硬连接，而是可以通过激光照射其上的皮肤来无线激活。采取这种方法目前还不如通过电流加热弹簧有效，但希望一旦技术得到进一步发展，这种情况可能会改变。高级作者DavidMooney博士说："虽然该研究首次提供了概念证明，即外部提供的拉伸和收缩运动可以防止动物模型的萎缩，但我们认为该设备的核心设计可以广泛适用于萎缩是一个主要问题的各种疾病环境。"这篇论文最近发表在《自然材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332799.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332799.htm

生物相容性创新：MIT研发用于下一代植入物的柔软、可打印的无金属电极

生物相容性创新：MIT研发用于下一代植入物的柔软、可打印的无金属电极麻省理工学院的工程师们开发了一种不含金属、类似果冻的材料，它像生物组织一样柔软和坚韧，并能与传统金属类似地导电。这种新材料是一种高性能导电聚合物水凝胶，有朝一日可能会取代医疗设备电极中的金属。植入式电极主要由刚性金属制成，其本质是导电的。但随着时间的推移，金属会加重组织的负担，造成疤痕和炎症，反过来又会降低植入物的性能。现在，麻省理工学院的工程师们已经开发出一种不含金属、类似果冻的材料，它和生物组织一样柔软坚韧，并且可以和传统金属一样导电。这种材料可以被制成可打印的墨水，研究人员将其图案化为灵活的橡胶状电极。这种新材料是一种高性能导电聚合物水凝胶，有朝一日可能会取代金属，成为功能性的凝胶型电极，具有生物组织的外观和感觉。"这种材料的操作与金属电极相同，但由凝胶制成，与我们的身体相似，并具有类似的水含量，"医疗设备创业公司SanaHeal的联合创始人HyunwooYukSM'16PhD'21说。"它就像一个人造组织或神经。"麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵煊赫补充说："我们相信，我们第一次有了一种坚韧、牢固、类似果冻的电极，有可能取代金属来刺激神经，并与心脏、大脑和身体的其他器官对接。"赵、Yuk以及麻省理工学院和其他地方的其他人在《自然-材料》上报告了他们的结果。该研究的共同作者包括第一作者和麻省理工学院的前博士后周涛，他现在是宾夕法尼亚州立大学的助理教授，以及江西科技师范大学和上海交通大学的同事。一个真正的挑战绝大多数聚合物在本质上是绝缘的，这意味着电力不容易通过它们。但是，存在着一小部分特殊的聚合物，它们实际上可以通过其主体传递电子。一些导电聚合物在20世纪70年代首次被证明具有高导电性--这项工作后来被授予诺贝尔化学奖。最近，包括Zhao实验室的研究人员已经尝试使用导电聚合物来制造柔软的无金属电极，用于生物电子植入物和其他医疗设备。这些努力旨在制造柔软而坚韧的导电薄膜和贴片，主要是通过将导电聚合物的颗粒与水凝胶（一种柔软和海绵状的富水聚合物）混合。研究人员希望导电聚合物和水凝胶的结合将产生一种灵活的、生物相容的和导电的凝胶。但是到目前为止，制成的材料要么太弱太脆，要么表现出糟糕的电性能。Yuk说："在凝胶材料中，电气和机械性能总是相互对抗。"如果你改善凝胶的电性能，你必须牺牲机械性能，反之亦然。但在现实中，我们两者都需要：一种材料应该是导电的，同时也是有弹性和坚固的。这是真正的挑战，也是人们无法将导电聚合物制成完全由凝胶制成的可靠设备的原因。"在他们的新研究中，Yuk和他的同事们发现他们需要一种新的配方，将导电聚合物与水凝胶混合，以增强各自成分的电气和机械性能。Yuk说："人们以前依赖于这两种材料的均匀、随机混合。这种混合物产生了由随机分散的聚合物颗粒组成的凝胶。该小组意识到，为了分别保持导电聚合物和水凝胶的电气和机械强度，两种成分应以它们略微排斥的方式混合，这种状态被称为相分离。在这种略微分离的状态下，每种成分就可以将其各自的聚合物连接起来，形成长长的微观链，同时也作为一个整体进行混合。""想象一下，我们正在制作电气和机械意大利面条，"赵提出。"电学意大利面条是导电聚合物，它现在可以在材料上传输电力，因为它是连续的。而机械意大利面条是水凝胶，它可以传递机械力，并具有韧性和伸展性，因为它也是连续的。"研究人员随后调整了配方，将意大利面条的凝胶煮成墨水，他们将其送入3D打印机，并打印在纯水凝胶的薄膜上，图案类似于传统的金属电极。第一作者Zhou说："因为这种凝胶是可3D打印的，我们可以定制几何和形状，这使得它很容易为各种器官制造电接口。"研究人员随后将打印好的类似果冻的电极植入了大鼠的心脏、坐骨神经和脊髓。研究小组在动物身上测试了电极的电气和机械性能长达两个月，发现这些装置在整个过程中保持稳定，周围组织几乎没有炎症或疤痕。电极还能够将来自心脏的电脉冲传递给外部显示器，并向坐骨神经和脊髓提供小脉冲，这反过来又刺激了相关肌肉和肢体的运动活动。展望未来，Yuk设想，这种新材料的直接应用可能是用于从心脏手术中恢复的人。"这些病人需要几周的电力支持，以避免心脏病发作，这是手术的一个副作用，"Yuk说。"因此，医生在心脏表面缝合一个金属电极，并在数周内刺激它。我们可能会用我们的凝胶取代那些金属电极，以最大限度地减少并发症和副作用，目前人们只是接受。"该团队正在努力延长该材料的使用寿命和性能。然后，这种凝胶可以作为器官和长期植入物之间的软电接口，包括心脏起搏器和深脑刺激器。赵说："我们小组的目标是用类似Jell-O的东西来取代体内的玻璃、陶瓷和金属，这样它就更加良性，但性能更好，而且可以持续很长时间。这是我们的希望。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365521.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365521.htm