柔らかいロボット神経カフは神経疾患の治療に革命をもたらす可能性がある

研究者らは、個々の神経線維を損傷することなく包み込むことができる、小型で柔軟なデバイスを開発した。

ケンブリッジ大学の研究者らは、フレキシブルエレクトロニクス技術とソフトロボティクス技術を組み合わせて、てんかんや慢性疼痛などのさまざまな疾患の診断や治療、あるいは義肢の制御に使用できるデバイスを開発した。

末梢神経（脳と脊髄をつなぐ43対の運動神経と感覚神経）とのインターフェースのための現在のツールは時代遅れでかさばり、神経損傷の高いリスクを伴います。 しかし、ケンブリッジのチームが開発したロボット神経「カフ」は、損傷を与えることなく繊細な神経線維を掴んだり巻き付けたりできるほどの感度を備えている。

ラットの神経カフのテストでは、この装置が制御された方法で形状を変化させるのにわずかな電圧だけを必要とし、外科用縫合糸や接着剤を必要とせずに神経の周囲に自己閉鎖ループを形成することが示された。

研究者らは、ソフト電気アクチュエータとニューロテクノロジーの組み合わせが、さまざまな神経学的症状に対する低侵襲モニタリングと治療への答えとなる可能性があると述べている。 結果は雑誌で報告されます 自然素材。

電気神経インプラントは、標的神経の信号を刺激したりブロックしたりするために使用できます。 たとえば、痛みの信号をブロックすることで痛みを和らげたり、神経に電気信号を送って麻痺した手足の動きを回復したりするのに使用できる可能性があります。 神経モニタリングは、脊髄付近など、神経線維が集中している体の領域を手術する場合の標準的な外科手術でもあります。

これらのインプラントは神経線維への直接アクセスを可能にしますが、一定のリスクが伴います。 研究を主導したケンブリッジ工学部のジョージ・マリアラス教授は「神経インプラントには神経損傷の高いリスクが伴う」と述べた。 「神経は小さくて非常に繊細なので、電極のような大きなものを神経に接触させると、神経に危険が生じます。」

神経を包み込む神経カフは、現在利用可能なインプラントの中で最も侵襲性が低いものですが、それにもかかわらず、依然としてかさばり、硬く、埋め込むのが難しく、かなりの取り扱いが必要であり、神経に外傷を与える可能性があります。」

ダミアーノ・バローネ博士、ケンブリッジ臨床神経科学部門の共著者

研究者らは、通常はソフトロボット工学に使用される、導電性ポリマーで作られた新しいタイプの神経カフを設計した。 極薄の袖口は 2 つの別々の層で設計されています。 わずか数百ミリボルトの微量の電気を加えると、デバイスが膨張または収縮します。

カフは十分に小さいため、針の中に丸めて標的の神経の近くに注射できます。 電気的に作動すると、カフの形状が変化して神経を包み込み、神経活動を監視または変更できるようになります。

「これらのデバイスを体内で安全に使用できるようにするために、私たちは作動に必要な電圧を非常に低い値に下げることに成功しました」と論文の筆頭著者であるChaoqun Dong博士は述べています。 「さらに重要なことは、これらのカフが両方向に形状を変え、再プログラムできることです。これは、外科医が神経の記録と刺激に最適な結果が得られるまで、装置が神経の周りにどれだけしっかりとフィットするかを調整できることを意味します。」

ラットでのテストでは、手術なしでカフをうまく配置でき、標的の神経の周りに自動閉鎖ループを形成することが示されました。 研究者らは動物モデルでのこの装置のさらなるテストを計画しており、今後数年以内に人間でのテストを開始したいと考えている。

「このアプローチを使用すると、脳内に何も埋め込む必要がなく、痛み、視覚、聴覚を制御する神経など、開腹手術では到達するのが困難な神経に到達することができます」とバローネ氏は述べた。 「神経を包み込むようにカフを装着できるため、外科医にとってはこの手術がはるかに簡単になり、患者にとってはリスクが少なくなります。」

「電気的活性化によって形状を変えることができるインプラントを作成できる能力は、高度に標的を絞った治療の将来の幅広い可能性を切り開きます」とマリアラス氏は述べた。 「将来的には、体内、さらには脳内にインプラントを移植できるようになるかもしれません。将来、テクノロジーをどのように活用して患者に利益をもたらすことができるのか、夢が広がります。」

この研究は、スイス国立科学財団、ケンブリッジ トラスト、および英国研究イノベーション (UKRI) の一部である工学および物理科学研究評議会 (EPSRC) の一部によって支援されました。

ソース：

参考雑誌:

ドン、C.、 他。 （2024年）。 侵襲性を最小限に抑えた末梢神経界面のための電気化学的に作動する微小電極。 自然素材。 doi.org/10.1038/s41563-024-01886-0。

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2024-04-26 22:49:00