矽膠材料脊神經植入物,有希望讓癱瘓者恢復行走。

矽膠材料脊神經植入物,有希望讓癱瘓者再站起來行走。Credit: SOZIALHELDEN e.V. CC BY 2.0

醫療用植入物的設計,除了要顧及到功能、生物相容性,另外一個很重要的設計考量就是要能夠耐用,所謂的耐用,除了時間要能長久,還要能在反覆使用之後,生物體不會受傷害且植入物還能保有原始的功能。科學上已經開發各種不同的方法來刺激腦或脊神經來治療神經疾病,然而,要設計能夠耐久使用且不損壞附近神經組織的植入物非常困難。典型的例子是設計用在脊髓損傷神經治療的植入物。

矽膠材料超柔軟設計

瑞士洛桑聯邦理工學院(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL) 和瑞士國立競爭力研究中心 (Swiss National Centre of Competence in Research, NCCR) 的機器人學(Robotics)單位,共同開發了新式超柔軟脊神經植入物「e-Dura」,可在生物體內作用數星期之久不會損傷周圍組織,使用電刺激的方式,在癱瘓鼠的脊神經植入這款植入物,提供化學和電刺激,成功地讓下肢癱瘓的老鼠恢復行走能力。

e-Dura 極柔軟和具延展性。

e-Dura 極柔軟和具延展性。Credit: © 2015 EPFL/Alain herzog

這款植入物非常柔軟具延展性,直接放置在保護神經的硬膜(dura mater)下,提供電刺激和化學物。植入物的材料是矽膠(silicone),厚度200nm,內含35nm厚度的微金導電電路,可以承受反覆拉伸上百萬次,其中的電極由矽膠和白金微球體(platinum microbead)組成,如此可以在任何方向導電,這樣柔軟電極和導電路的結合,讓電刺激可以傳到脊髓。其中還設計了液體的微流道(截面積100μm x 50μm),可輸送神經傳遞物來啟動神經。「e-Dura」植入在受傷的神經位置下方,科學家利用微電腦斷層攝影(micro–computed tomography;micro-CT)來確認植入物使用前後對神經的影響。癱瘓鼠經過兩週的行走訓練後,恢復了行走能力。

多領域共同開發的結果

「e-Dura」的設計能夠有效,其中很大的突破在於它的機械性能,柔軟有彈性,不會摩擦脊神經,這點是相對其它植入物的不同點。簡而言之,要能設計如此柔軟,同時可以傳導電刺激和攜帶藥物來釋放,並且在活的生物體內安置數星期,是非常不容易的研究成果。這個團隊有來自各種領域的專家,包含材料科學、電子、神經科學、醫學和電路程式等領域。

前進人體試驗且商品化

雖然目前這款設計還在實驗室開發階段,僅在癱瘓鼠上進行治療實驗,但是未來很有希望應用在人體身上。因為腦部也有硬膜包圍,所以「e-Dura」的應用不限於脊髓損傷的患者,也可以應用在其它神經疾病的患者,像是巴金森氏症。研究團隊正積極朝人體臨床實驗前進,開發「e-Dura」的產品雛型,可以在合法在醫療上使用。

現在,在之前生醫人網摘介紹過的脊髓損傷神經再生新藥之外,e-Dura的開發提供脊髓損傷另一種治療方案。

文章參考:École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)
影片來源:École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)
圖片來源:SOZIALHELDEN e.V.  CC BY 2.0
原文參考:Science

 



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。