آیا میتوان به بازسازی اندام های قطع شده و یا از کارافتاده، امیدوار بود؟
دستگاه هیبرید زیستی Biohybrid می تواند عملکرد اندام های فلج را بازیابی کند.
25 مارس 2023
خلاصه: یک ایمپلنت عصبی جدید می تواند به بازگرداندن عملکرد اندام در افرادی- که از فلج و سایر اختلالات حرکتی رنج می برند- کمک کند. این دستگاه ارتباط بین مغز و اندام های فلج را بهبود می بخشد.
محققان نوع جدیدی از ایمپلنت عصبی را ابداع کردهاند که میتواند عملکرد اندام را به افراد فلج و سایر افرادی- که استفاده از بازوها یا پاهای خود را از دست دادهاند- بازگرداند.
استفاده از سلولهای بنیادی در درمان بیماری ها- قسمت هفتم
در مطالعه ای که بر روی موش ها انجام شد، محققان دانشگاه کمبریج از این دستگاه برای بهبود ارتباط بین مغز و اندام های فلج استفاده کردند. در اینجا دستگاه الکترونیک انعطاف پذیر با سلول های بنیادی انسانی یعنی سلول های اصلی قابل برنامه ریزی مجدد ترکیب می میشود تا بهتر با عصب و عملکرد اندام محرک ادغام شود.
تلاشهای قبلی برای استفاده از ایمپلنتهای عصبی برای بازگرداندن عملکرد اندام عمدتاً شکست خوردهاند، زیرا بافت اسکار به مرور زمان در اطراف الکترودها شکل میگیرد و ارتباط بین دستگاه و عصب را مختل میکند.
محققان با قرار دادن لایهای از سلولهای ماهیچهای- که از سلولهای بنیادی دوباره برنامهریزی شده هستند- بین الکترودها و بافت زنده دریافتند که دستگاه با بدن میزبان ادغام میشود و از تشکیل بافت اسکار جلوگیری میشود.
سلولها در طول آزمایش، 28 روز روی الکترود، زنده ماندند و این نخستین بار است که در چنین دورهی طولانی ای باقی میمانند.
محققان می گویند که با ترکیب دو روش درمانی پیشرفته برای بازسازی عصبی- سلول درمانی و بیوالکترونیک در یک دستگاه واحد، می توانند بر کاستی های هر دو رویکرد غلبه کنند و عملکرد و حساسیت را بهبود بخشند.
در حالی که قبل از استفاده از آن در انسان به تحقیقات و آزمایشات گسترده ای نیاز است، این دستگاه یک پیشرفت امیدوارکننده برای افراد قطع عضو یا کسانی است که عملکرد اندام یا اندام خود را از دست داده اند.
نتایج در مجله Science Advances گزارش شده است.
یک چالش بزرگ در تلاش برای معکوس کردن آسیب هایی- که منجر به از دست دادن یک اندام یا از دست دادن عملکرد یک اندام می شود- ناتوانی نورون ها در بازسازی مدارهای عصبی مختل است.
دکتر دامیانو بارون از دپارتمان علوم اعصاب بالینی کمبریج می گوید: «اگر فردی دست یا پایش قطع شده باشد، تمام سیگنال های سیستم عصبی هنوز وجود دارد، حتی اگر اندام فیزیکی از بین رفته باشد.
چالش، ادغام اندام های مصنوعی، یا بازگرداندن عملکرد به بازوها یا پاها، استخراج اطلاعات از عصب و رساندن آن به اندام است تا عملکرد آن بازیابی شود.
یکی از راه های برطرف کردن این مشکل، کاشت عصب در عضلات بزرگ شانه و اتصال الکترودها به آن است. مشکل این روش، تشکیل بافت اسکار در اطراف الکترود است، به علاوه فقط استخراج اطلاعات سطحی الکترود، امکان پذیر است.
برای دستیابی به وضوح بهتر، هر ایمپلنت برای بازیابی عملکرد نیاز به استخراج اطلاعات بیشتر از الکترودها دارد. برای بهبود حساسیت، محققان می خواستند چیزی طراحی کنند که بتواند در مقیاس یک رشته ی عصبی یا آکسون کار کند.
بارون گفت: «خود آکسون، ولتاژ کمی دارد. اما هنگامی که به سلول ماهیچه ای متصل می شود،- که ولتاژ بسیار بالاتری دارد- سیگنال سلول عضلانی آسان تر استخراج می شود. در اینجا می توانید حساسیت ایمپلنت را افزایش دهید.»
محققان یک دستگاه الکترونیکی قابل انعطاف سازگار با زیست biocompatible طراحی کردند که به اندازه ی کافی نازک است تا به انتهای عصب متصل شود.
لایه ای از سلول های بنیادی- که دوباره برنامه ریزی شده بودند تا به سلول های عضلانی تبدیل شوند- روی الکترود قرار داده شد. این اولین بار است که از این نوع سلول های بنیادی- که سلول های بنیادی پرتوان القایی نامیده می شود- در یک موجود زنده به این روش استفاده می شود.
بارون گفت: «این سلولها درجه ی بسیار زیادی از کنترل را به ما میدهند. ما می توانیم به آنها بگوییم که چگونه رفتار کنند و در طول آزمایش، آنها را بررسی کنیم. با قرار دادن سلول ها بین وسایل الکترونیکی و بدن زنده، بدن الکترودها را نمی بیند، فقط سلول ها را می بیند، بنابراین بافت اسکار، ایجاد نمی شود.
دستگاه بیوهیبرید کمبریج در ساعد فلج موش ها کاشته شد. سلول های بنیادی- که قبل از کاشت به سلول های ماهیچه ای تبدیل شده بودند- با اعصاب ساعد موش ادغام شدند.
در حالی که حرکت موشها به ساعدشان بازگردانده نشد، این دستگاه قادر بود سیگنالهایی را از مغز دریافت کند و حرکت را کنترل کند. اگر این دستگاه به بقیه ی عصب یا یک اندام مصنوعی متصل شود، می تواند به بازیابی حرکت کمک کند. در این مطالعه- که روی موشها انجام شد- محققان دانشگاه کمبریج از یک دستگاه بیوهیبرید برای بهبود ارتباط بین مغز و اندامهای فلج شده استفاده کردند. این دستگاه الکترونیک انعطاف پذیر و سلول های بنیادی انسانی - سلول های اصلی قابل برنامه ریزی مجدد بدن را ترکیب می کند تا بهتر با عصب و عملکرد اندام محرک ادغام شود.
لایه ی سلولی همچنین عملکرد دستگاه را با بهبود وضوح و امکان نظارت طولانی مدت در یک موجود زنده، بهبود بخشید.
محققان می گویند که رویکرد آنها مزایای متعددی نسبت به سایر تلاش ها برای بازگرداندن عملکرد در افراد قطع عضو دارد. این دستگاه علاوه بر ادغام آسان تر و پایداری طولانی مدت، به اندازه کافی کوچک است و کاشت آن فقط به جراحی سوراخ کلید نیاز دارد.
سایر فناوریهای رابط عصبی برای بازیابی عملکرد در افراد قطع عضو نیاز به تفسیرهای پیچیده خاص بیمار از فعالیت قشر مغز دارند تا با حرکات ماهیچهای مرتبط باشند، در حالی که دستگاه توسعهیافته کمبریج راهحلی بسیار عملی است زیرا از سلولهای «خارج از قفسه یا آماده برای مصرف استفاده میکند.
محققان می گویند علاوه بر پتانسیل آن برای بازیابی عملکرد در افرادی که استفاده از اندام را از دست داده اند، می توان از دستگاه آنها برای کنترل اندام های مصنوعی از طریق تعامل با آکسون های خاص که مسئول کنترل حرکت هستند نیز استفاده کرد.
:امی راچفورد، نویسنده اول مقاله، از دپارتمان مهندسی، گفت: «این رابط می تواند شیوه تعامل ما را با فناوری، متحول کند.
با ترکیب سلولهای زنده انسان با مواد بیوالکترونیک، سیستمی ایجاد کردهایم که میتواند با مغز به شیوهای طبیعیتر و شهودیتر ارتباط برقرار کند و فرصتهای جدیدی را برای پروتز، رابطهای مغز و ماشین، و حتی افزایش تواناییهای شناختی باز کند.»
دکتر آلخاندرو کارنیسر-لومبارته، نویسنده اول از دپارتمان مهندسی، گفت: «این فناوری نشاندهنده یک رویکرد جدید هیجانانگیز برای ایمپلنتهای عصبی است که امیدواریم پنجره ی درمانهای جدیدی را برای بیماران نیازمند باز کند.»
پروفسور جورج مالیاراس از دپارتمان مهندسی کمبریج که این تحقیق را رهبری می کرد، گفت: این یک تلاش پرخطر بود و من بسیار خوشحالم که موفق شد. این یکی از آن چیزهایی است که نمیدانید برای خوب کار کردن، به دو سال یا ده سال نیاز دارد تا کار کند، ولی در نهایت بسیار کارآمد خواهد بود.»
محققان اکنون در حال کار برای بهینه سازی بیشتر دستگاه ها و بهبود سنجش آن هستند. این تیم با حمایت کمبریج انترپرایز، بازوی انتقال فناوری دانشگاه، یک درخواست ثبت اختراع در مورد این فناوری را ثبت کرده است.
این فناوری به سلولهای عضلانی opti-oxTM متکی است.
opti-ox (optimised inducible overexpression) یک فناوری برنامهریزی مجدد سلولی دقیق است که اجرای درست برنامههای ژنتیکی را در سلولها امکانپذیر میکند و به آنها اجازه میدهد به طور مداوم تولید شوند. رده های سلولی iPSC ماهیچه ای مجهز به opti-ox که در این آزمایش استفاده شد توسط آزمایشگاه Kotter از دانشگاه کمبریج تهیه شد. فناوری برنامه ریزی مجدد opti-ox متعلق به شرکت زیست شناسی مصنوعی bit.bio است.
نویسنده: سارا کالینز
ترمیم عملکردی عصبی عصب محیطی قطع شده با استفاده از بیوالکترونیک احیا کننده بیوهیبرید
https://neurosciencenews.com/paralysis-neural-implant-22869/
opti-ox (optimised inducible overexpression)
(بیان بیش از حد القایی بهینه شده) فناوری دقیق برنامه ریزی مجدد سلولی است و این توانایی را به ما می دهد تا برنامه های ژنتیکی را در سلول های بنیادی انسان به درستی اجرا کنیم.
فاکتورهای رونویسی- که توسط یک سوئیچ ژنتیکی القایی، کنترل می شوند- در مکان های ژنومی در ژنوم سلول های بنیادی، ادغام می شوند. این مکانهای ژنومی با اجتناب از خاموش شدن ژن، از یکپارچگی سلول و برنامه ی درج شده، محافظت میکنند.
چون هر سلول بنیادی پرتوان در یک جمعیت دارای همان برنامه القایی در مکانهای ژنومی است، میتوانیم به طور دقیق و پیوسته جمعیت را به هویت سلولی انتخابی در مقیاس تجاری مجددا برنامهریزی کنیم.) https://neurosciencenews.com/paralysis-neural-implant-22869/?fbclid=IwAR1h5qpY0NsvsV2vRZa5eWfLCsP1gwuQtG5HJGneJpW7OQt4hIOuBEwiBAo
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031