Magnetosähköiset implantit mahdollistavat hermotoiminnan etäpalautuksen – Physics World

Yhdysvaltalaisen Ricen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet langattoman implantin, joka stimuloi hermosoluja vasteena magneettisille pulsseille. Etäkäytön mahdollistamiseksi tiimi suunnitteli uuden metamateriaalin, joka muuntaa ulkoiset magneettikentät sähköisiksi signaaleiksi, jotka voidaan välittää hermoilla. Vuonna raportoidussa tutkimuksessa Luonto Materiaalit, ensimmäinen kirjoittaja Joshua Chen ja kollegat osoittavat, että laite voi palauttaa hermotoiminnan rotilla. He ehdottavat, että tämä uusi materiaaliluokka voisi helpottaa vähemmän invasiivisia lääketieteellisiä hoitoja neurologisiin ja mielenterveyssairauksiin.

Hermoston stimulaatiota sähkökentillä on tutkittu useiden sairauksien, mukaan lukien Parkinsonin taudin ja masennuksen, hoitoon. Elektrodi istutetaan aivoihin tai hermoon ja liitetään johtojen avulla ulkoiseen laitteeseen, joka lähettää sähköisiä signaaleja kohdekudokseen. Tämän uusimman tutkimuksen tavoitteena oli rakentaa implantti, joka toimisi etänä ja vaatisi vähemmän invasiivista leikkausta.

"Yritämme saavuttaa terapeuttista hyötyä ilman suurta laitetta, jonka laitamme kehon sisään", selittää neuroinsinööri. Jacob Robinson joka johti projektia.

Tällaisen implantin olisi lähetettävä signaali soluille vasteena ulkoiselle ärsykkeelle ja tehtävä tämä millisekunnin viiveellä, samalla kun se on myös riittävän pieni antamaan kohdistettu vaste. Tätä ominaisuuksien yhdistelmää ei löydy luonnosta tai olemassa olevista teknisistä materiaaleista.

Täyttää hermoston etästimulaation vaatimukset

Magneettikentät tunkeutuvat syvälle kehon sisään, mutta stimuloivat soluja vähemmän tehokkaasti kuin sähkökentät. Solun etävasteen mahdollistamiseksi tiimi suunnitteli magnetosähköisen metamateriaalin, joka muuntaa vuorottelevan magneettisen signaalin sähkökenttään. Laitteen molemmilla puolilla on materiaalikerros, joka tuottaa jännityksen vasteena magneettikenttään, ja keskellä on pietsosähköinen materiaali, joka tuottaa sähkökentän vasteena jännitykselle.

Muut tutkijat ovat tutkineet magnetosähköisiä materiaaleja hermosolujen etästimulaatioon, mutta nämä laitteet ovat olleet liian hitaita matkimaan hermosignalointia. Viiveaikojen minimoimiseksi materiaalia tulisi käyttää sen resonanssitaajuudella, joka on yleensä muutama sata kilohertsiä. Hermosolujen kalvot suodattavat kuitenkin korkeataajuiset signaalit, joten aiemmat laitteet ovat olleet kaukana resonanssista.

Tiimin kehittämä idea oli, että implantti voitaisiin suunnitella stimuloimaan soluja samalla kun materiaalia ohjataan resonanssiin muuttamalla laitteen virta AC:sta DC:ksi. Tämän saavuttamiseksi he kerrostivat ohutkalvodiodin metamateriaalille siten, että virta AC-toiminnan aikana kulkisi enimmäkseen yhteen suuntaan, mikä johtaisi DC-esijännitykseen.

Implantin esitykset in vivo lupaus

Käsitteen todisteena tutkijat osoittivat, että laitetta voitaisiin käyttää hermotoiminnan palauttamiseen eläinmallissa. He kiinnittivät implantin katkaistuun iskiashermoon rotan jalassa ja osoittivat, että magneettipulssin käyttäminen stimuloi eläimen jalan lihaksia. Implantti saavutti 5 ms:n tavoiteviiveen, joka vastaa kehon hermoviestinnän nopeuksia.

Laite suorittaa sähkömagneettista käsittelyä, jota ei voida toistaa luonnossa esiintyvillä materiaaleilla. Tutkijat aikovat tutkia, voidaanko implantti pienentää mikro- tai nanomittakaavaan, jotta sitä voidaan käyttää aivoissa ja mahdollisesti ruiskeena.

Biohajoava ohjain voi korjata vaurioituneiden hermojen aukkoja

Robinson lisää, että he harkitsevat myös muita sovelluksia, kuten virtalähteitä, joissa uusia magnetosähköisiä vaikutuksia voitaisiin hyödyntää. "Luulen, että voimme luoda koko luokan metamateriaaleja, joissa magneettikentän ja sähkökentän välinen suhde on meidän suunnittelemamme", hän sanoo.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/magnetoelectric-implants-enable-remote-restoration-of-nerve-function/