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2024-04-23 15:01:41
MagPatch アレイは、将来の高度な人工内耳や迷走神経刺激に対応する単一ニューロンの精度を備えています。
MagPatch アレイの顕微鏡図。神経刺激に使用される 8 つのマイクロコイルのうち 6 つが示されています。 クレジット: サハ他
ワシントン、2024 年 4 月 23 日 — 神経刺激は、神経系に影響を及ぼす多くの病気の治療に使用される医療技術です。 これには、ニューロンにエネルギーを与えてニューロンの成長を促し、隣接するニューロンとのつながりを作ることが含まれます。 てんかんの治療には神経刺激が含まれることが多く、パーキンソン病、慢性疼痛、一部の精神疾患にも同様の治療法が存在します。
AIP出版の『Journal of Vacuum Science & Technology A』では、ミネソタ大学の研究者らが、磁場を生成して個々のニューロンを刺激するために一連の微細なコイル（マイクロコイル）を展開した。
既存のデバイスは効果的ですが、人工内耳や迷走神経刺激装置などの一部の用途に必要な精度が不足しています。
著者のレナタ・サハ氏は、「市場にはいくつかの神経刺激装置があり、すでにFDAから患者治験用に承認されているものもあれば、承認待ちのものもある」と述べた。 「しかし、それぞれに注意点が 1 つあります。それらは、刺激されるべきではない隣接する細胞を含む、多数のニューロンを刺激するということです。 医療機器業界は、単一細胞の解像度でニューロンを刺激できる機器や技術を探しています。」
サハと彼女のチームは、電極を使用する代わりに、ワイヤーの磁気コイルを利用しました。 2世紀以上前、物理学者マイケル・ファラデーは、ワイヤーのコイルを流れる電流がどのように磁場を生成するかを説明しました。 この磁場は、近くのニューロンに電場を誘導します。これは電極によって生成されるのと同じ効果ですが、より正確です。 ただし、このテクニックには大きな欠点があります。
「ニューロンを刺激できる電場の望ましい閾値を達成するには、これらのマイクロコイルが流す必要のある電流量は非常に大きくなります」とサハ氏は述べた。 「同じ閾値を達成するために電極を駆動するのに必要な電流量のほぼ 3 倍です。」
この問題を解決するために、チームは 2 つの改善を行いました。 まず、単一のマイクロコイルではなく、8 つのコイルのアレイを使用しました。これを組み合わせると、コイルあたりの電流が大幅に少なくなり、電界を誘導できます。 著者らは、コイルの磁気強度を高める軟磁性材料を採用することで、これらのマイクロコイル アレイをさらに改良しました。
「これらの軟磁性材料をマイクロコイルのコアに追加すると、マイクロコイルを流れる電流を増やすことなく電場が増加します」とサハ氏は述べた。
研究者らは、MagPatch と呼ばれるコイル アレイのプロトタイプを構築し、それを生体適合性コーティング内にカプセル化しました。 次に、その有効性を実証するために、ヒト神経芽腫細胞を用いてそれをテストしました。 細胞はコーティングによる損傷を受けることなく磁場の影響を受けており、この装置を臨床現場で使用できる可能性を示唆しています。
著者らは、MagPatch デバイスの開発とテストを継続して、その安全性と実用性を確保する予定です。 彼らは、これが次世代の人工内耳の改良に役立つことを期待しています。
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詳細については：
ウェンディ・ビーティ
[email protected]
301-209-3090
記事のタイトル
ニューロンの in vitro 細胞レベルの微小磁気活性化のための平面マイクロコイル アレイ
著者
Renata Saha、Henry Jay Benally、Sadegh Faramarzi、Robert P. Bloom、Kai Wu、Denis Tonini、Maple Shiao、Susan A. Keirstead、Walter C. Low、Theoden I. Netoff、Jian-Ping Wang
著者の所属
ミネソタ大学
#磁気マイクロコイルが神経変性疾患に対する単一ニューロンの標的治療を可能にする
