Neuen Implantat können gelähmt Ratten zu Fuß wieder

Ein experimenteller flexible Implantat, das direkt mit dem Rückenmark verbindet könnte eines Tages zu einer Behandlung für Menschen mit Rückenmarksverletzungen und könnte helfen Menschen mit Querschnittslähmung, Forscher sagen auszuweichen.

Nun haben Forscher an der ETH Lausanne solch ein Implantat aufgebaut. Sie nennen das weiche, dehnbare Gerät "e-Dura," nach der Dura Mater, ist einer der Schichten des Schutzhäuten, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben. Die Forscher das Gerät eingepflanzt Ratten — es ruht auf das Rückenmark, und liefert elektrische Signale sowie Medikamente, um die umliegenden Nerven, sie Feuer Impulse auszulösen.

In Experimenten wiedererlangt gelähmte Ratten, die mit dem Gerät implantiert wurden die Fähigkeit zu gehen, mit etwas Hilfe.

Bisher war es schwierig für Wissenschaftler, einen Weg, um ein elektronisches Gerät, das Rückenmark zu verbinden, ohne es zu beschädigen zu finden gewesen. Ein Hindernis ist, dass Elektronik von steifen Materialien gebildet werden, während das Rückenmark und seine Schutzhülle sind flexibler.

"Das Rückenmark dehnt und entspannt," SaidStéphanie Lacour, Vorsitzende der Neuroprosthetic-Technologie am Institut und eines der führenden Unternehmen der neuen Forschung. "Haben Sie ein hartes, nondeformable Material, die Reibung und Reibung Entzündungen verursachen."

Damit die e-Dura, verwendet Lacour Team ein Polymer für das Implantat Grundstruktur und Gold für die Elektroden. Das Implantat ist auch winzige Kanäle für Drug-Delivery. [5 verrückte Technologien, die Biotechnologie revolutioniert werden]

Obwohl Gold flexibel ist, dehnen nicht. Um das Metall elastischer zu machen, legte die Forscher es in Schichten nur 35 Nanometer (0,000035 Millimeter) dick, mit kleinen Rissen in den Schichten. Dies verwandelte das Gold in eine Widmannstättenschen Struktur, die Strecken konnte.

Um die Implantate zu testen, haben die Wissenschaftler eine Reihe von Experimenten an Ratten. Die Forscher untersuchten zunächst, ob die e-Dura integriert gut mit den Ratten stellen, um die Chance zu minimieren, dass ihr Körper es ablehnen würden. Diese drei Gruppen von Tieren getestet: eine, die mit der e-Dura implantiert wurde, eine zweite bekam, dass ein Implantat aus einem härteren Material und ein Drittel, die operiert, aber kein Implantat erhalten. (Die dritte Gruppe diente als Kontrolle.)

Die Forscher fanden heraus, dass auch nach acht Wochen e-Dura keine Verformung der Tiere Rückenmark verursacht hatte, noch hatte es eine Immunsystem Reaktion, wie z. B. Entzündung ausgelöst. Die Implantate, die aus dem härteren Material gefertigt wurden verursachten Veränderungen in das Rückenmark Form, komprimieren und reiben drauf und produziert eine "Fremdkörper" Immunantwort. Die Ratten hatten auch Schwierigkeiten beim gehen und balancieren.

In früheren Arbeiten andere Forscher Geist-gesteuerte Armprothesen gezeigt hatte, und das US-Militär sucht bei Implantaten, Soldaten mit Hirnverletzungen zu helfen. Und Geräte wie Cochlea-Implantate oder Herzschrittmacher Herz-Patienten jahrelang geholfen haben.

Aber die meisten Implantate, die mit dem Nervensystem zu integrieren sind auf der Außenseite der Dura Mater gemacht. Im Gegensatz dazu kann die e-Dura unterhalb der Dura Mater, direkt in Kontakt mit dem Nervengewebe eingefügt werden.

Nervenimpulse

Der zweite Teil des neuen Forschungs-und wurde um die Möglichkeit der e-Dura, Nervenimpulse aufnehmen zu testen. Die Forscher das Gerät in den Ort, wo die Dura Mater normalerweise, neben der Ratten Motor Cortexes ist, eingefügt – der Region des Gehirns, die willkürliche Bewegungen steuert – und fand, welche Signale generiert in dieser Hirnregion waren verbunden mit derRatten Absicht, ihre Beine oder Stillstand. Das Implantat hat gezeigt, dass es die Signale "lesbar".

"Es geht darum, einen Weg, um das richtige Signal aus dem Gehirn – um wirklich präzise Messung und Aufzeichnung von der Absicht des Gehens," sagte Lacour.

Zu guter Letzt getestet die Forscher die e-Dura-Fähigkeit zur Arbeit mit der motorischen Nerven. Erstens die Forscher zugefügt Rückenmarksverletzung auf die Ratten, die den Typ, die, den viele Menschen bei Unfällen imitiert, genannt eine Prellung zu bekommen. Dann, sie die e-Dura in der Dura Mater unter Verletzung Aufstellungsort eingefügt. Die Ratten erhielten elektrische Stimulation und Dosen von das Gehirn chemische Serotonin über die e-Dura.

Innerhalb weniger Wochen waren die Ratten wieder, mit Unterstützung durch die Maschine laufen, die die Stimulation zur Verfügung gestellt. Die Ratten wurden nicht die Bewegung der Beine kontrollieren; Vielmehr war das Gerät künstliche Signale aufnehmen und sie auf die Nerven.

"Die Bedeutung dieses Papieres, aus meiner Sicht ist das einen sehr leistungsfähigen Fall sieht vor, dass weiche Mechanik von entscheidender Bedeutung für den ordnungsgemäßen Betrieb der Implantate dieser Klasse ist" SaidJohn A. Rogers, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der University of Illinois, der nicht in der Forschung beteiligt war.

Obwohl die Arbeit geht einen langen Weg zu helfen, die Forscher herausfinden, wie man Design Wirbelsäulen-Implantate, gibt es eine Menge Arbeit zu tun, bevor diese Geräte menschliche Patienten helfen können. Für eine Sache, hatten die Ratten mit einer Stimulationsvorrichtung zu Fuß physisch verbunden werden. "Wir wollen die Drähte loszuwerden", sagte Lacour.

Es gab auch keine willkürliche Bewegungen. Für eine wirkliche Behandlung Forscher möchte tatsächliche Signale aus dem Gehirn, anstatt eine externe Gerät könnte ein Patient Bewegungen steuern.

Die Forschung ist in der Freitag, 9 Januar-Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht.

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