שתלים מגנטואלקטריים מאפשרים שחזור מרחוק של תפקוד העצבים - עולם הפיזיקה

חוקרים מאוניברסיטת רייס בארה"ב פיתחו שתל אלחוטי הממריץ נוירונים בתגובה לפולסים מגנטיים. כדי לאפשר הפעלה מרחוק, הצוות עיצב מטא-חומר חדש הממיר שדות מגנטיים חיצוניים לאותות חשמליים שניתן להעביר על ידי עצבים. במחקר שדווח ב חומרי טבע, מחבר ראשון יהושע חן ועמיתיו מדגימים שהמכשיר יכול לשחזר תפקוד עצבי בחולדות. הם מציעים כי סוג חדש זה של חומרים יכול להקל על טיפולים רפואיים פחות פולשניים עבור מצבים נוירולוגיים ונפשיים.

גירוי של מערכת העצבים עם שדות חשמליים נחקר לטיפול במגוון הפרעות כולל מחלת פרקינסון ודיכאון. אלקטרודה מושתלת במוח או בעצב, ומחוברת באמצעות חוטים למכשיר חיצוני השולח אותות חשמליים לרקמת המטרה. מטרת המחקר האחרון הייתה לבנות שתל שיפעל מרחוק, וידרוש ניתוח פחות פולשני.

"יש יתרון טיפולי שאנו מנסים להשיג, ללא מכשיר גדול שאנו מכניסים לגוף", מסביר נוירו-הנדסאי. ג'ייקוב רובינסון מי שהוביל את הפרויקט.

שתל כזה יצטרך לשלוח אות לתאים בתגובה לגירוי חיצוני, ולעשות זאת בזמני פיגור של אלפיות שנייה, תוך שהוא גם קטן מספיק כדי לספק תגובה ממוקדת. שילוב זה של תכונות אינו נמצא בטבע, או בחומרים מהונדסים קיימים.

עמידה בדרישות של גירוי עצבי מרחוק

שדות מגנטיים חודרים עמוק לתוך הגוף אך מגרים תאים בצורה פחות יעילה משדות חשמליים. כדי לאפשר תגובת תאים מרחוק, הצוות עיצב מטא-חומר מגנו-אלקטרי הממיר אות מגנטי לסירוגין לשדה חשמלי. משני צידי המכשיר נמצאת שכבת חומר המייצרת מתח בתגובה לשדה מגנטי, ובמרכזה חומר פיזואלקטרי המייצר שדה חשמלי בתגובה למתח.

מדענים אחרים חקרו חומרים מגנו-אלקטריים לגירוי מרחוק של נוירונים, אך מכשירים אלה היו איטיים מכדי לחקות איתות עצבי. כדי למזער את זמני השהיה, יש להניע את החומר בתדר התהודה שלו, שהוא בדרך כלל כמה מאות קילו-הרץ. ממברנות של תאי עצב, לעומת זאת, מסננות אותות בתדר גבוה, כך שמכשירים קודמים הונעו רחוק מהדהוד.

הרעיון שהצוות פיתח היה שניתן להנדס את השתל כדי לעורר תאים תוך כדי הנעת החומר בתהודה על ידי המרת הזרם במכשיר מ-AC ל-DC. כדי להשיג זאת, הם הפקידו דיודת סרט דק על המטא-חומר כך שהזרם במהלך פעולת AC יזרום בעיקר בכיוון אחד, וכתוצאה מכך הטיית DC.

מראה השתלים in vivo הבטחה

כהוכחה למושג, החוקרים הדגימו שניתן להשתמש במכשיר כדי לשחזר תפקוד עצבי במודל של בעלי חיים. הם חיברו את השתל לעצב סיאטי כרות ברגל של חולדה והראו שהפעלת דופק מגנטי מגרה את השרירים בכף הרגל של החיה. השתל השיג זמן פיגור יעד של 5 אלפיות השנייה, המקביל למהירויות התקשורת העצבית בגוף.

המכשיר מבצע מניפולציה אלקטרומגנטית שלא ניתן לשכפל עם חומרים טבעיים. החוקרים מתכננים לחקור האם ניתן למזער את השתל לגודל מיקרו או ננו, מה שיאפשר להשתמש בו במוח ואולי בצורה ניתנת להזרקה.

מנחה מתכלה יכול לתקן פערים בעצבים פגומים

רובינסון מוסיף שהם שוקלים גם יישומים אחרים, כמו מקורות כוח, שבהם ניתן לרתום אפקטים מגנו-אלקטריים חדשים. "יש, לדעתי, מחלקה שלמה של מטא חומרים שאנחנו יכולים ליצור, שבהם הקשר בין השדה המגנטי לשדה החשמלי הוא שלנו להנדס", הוא אומר.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/magnetoelectric-implants-enable-remote-restoration-of-nerve-function/