磁気電気インプラントにより神経機能の遠隔回復が可能 – Physics World

米国ライス大学の研究者らは、磁気パルスに反応してニューロンを刺激するワイヤレスインプラントを開発した。 遠隔操作を可能にするために、チームは外部磁場を神経によって伝達できる電気信号に変換する新しいメタマテリアルを設計した。 で報告された研究では、 ネイチャーマテリアルズ, 筆頭著者 ジョシュア・チェン 研究者らは、この装置がラットの神経機能を回復できることを実証した。 彼らは、この新しい種類の材料により、神経学的および精神的健康状態に対する侵襲性の低い医療治療が促進される可能性があると提案しています。

電場による神経系の刺激は、パーキンソン病やうつ病などのさまざまな疾患を治療するために研究されてきました。 電極は脳または神経に埋め込まれ、ターゲット組織に電気信号を送信する外部装置にワイヤで接続されます。 この最新の研究の目的は、侵襲性の低い手術を必要とする遠隔操作のインプラントを構築することでした。

「体内に大きな装置を設置することなく、治療効果を達成しようとしているのです」と神経工学者は説明する ジェイコブ・ロビンソン プロジェクトを主導した人。

このようなインプラントは、外部刺激に応答して細胞に信号を送信する必要があり、これをミリ秒の遅延時間で行うと同時に、標的の応答を送達するのに十分な大きさである必要があります。 この特性の組み合わせは、自然界や既存の人工材料には見られません。

遠隔神経刺激の要件を満たす

磁場は体内の奥深くまで浸透しますが、細胞を刺激する効率は電場よりも劣ります。 遠隔細胞応答を可能にするために、チームは交流磁気信号を電場に変換する磁電メタマテリアルを設計した。 デバイスの両側には磁場に応答して歪みを生成する材料の層があり、中央には歪みに応答して電界を生成する圧電材料があります。

他の科学者はニューロンの遠隔刺激のための磁電材料を研究していますが、これらのデバイスは神経信号伝達を模倣するには遅すぎます。 遅延時間を最小限に抑えるには、材料をその共振周波数 (通常は数百 kHz) で駆動する必要があります。 しかし、神経細胞の膜は高周波信号を除去するため、以前のデバイスは共振から遠く離れたところに駆動されていました。

研究チームが開発したアイデアは、デバイス内の電流をACからDCに変換することで材料を共振させながら、細胞を刺激するようにインプラントを設計できるというものでした。 これを達成するために、彼らはメタマテリアル上に薄膜ダイオードを堆積し、AC動作中の電流が主に一方向に流れ、結果としてDCバイアスが生じるようにしました。

インプラントショー インビボの 約束

研究者らは、概念実証として、この装置を動物モデルの神経機能の回復に使用できることを実証しました。 彼らは、ラットの脚の切断された坐骨神経にインプラントを取り付け、磁気パルスを加えるとラットの足の筋肉が刺激されることを示しました。 インプラントは、体内の神経伝達速度と同等の目標遅延時間 5 ミリ秒を達成しました。

この装置は、自然に存在する物質では再現できない電磁操作を実現します。 研究者らは、インプラントをマイクロまたはナノスケールまで小型化して、脳内での使用や、場合によっては注射可能な形で使用できるかどうかを調査する予定だ。

生分解性ガイドは損傷した神経の隙間を修復できる

ロビンソン氏は、新しい磁気電気効果を利用できる電源などの他の用途も検討していると付け加えた。 「磁場と電場の関係を私たちが設計できる、私たちが作成できるメタマテリアルのクラス全体が存在すると思います」と彼は言います。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/magnetoelectric-implants-enable-remote-restoration-of-nerve-function/