Denne lille spinal stimulator kan en dag have en stor indflydelse på lammelse

En materialeforsker fra Johns Hopkins og et team af samarbejdspartnere har udviklet en lillebitte enhed, der kan give et løfte om at genoprette mobiliteten til dem med lammelse af underekstremiteterne, en tilstand, der påvirker cirka 1,4 millioner amerikanere.

Det nye apparat, en spinal stimulator, kan placeres under skadesstedet gennem en simpel injektion, der adskiller det fra konventionelle stimulatorer, som er omfangsrige og skal placeres længere fra de nerver, der styrer benbevægelser.

"Konceptet bag spinalstimulatorer er deres evne til at omgå skadede regioner og sende essentielle motoriske kommandoer fra hjernen til spinalregionen, der er ansvarlig for benbevægelser. Vores innovative tilgang adresserer en nøgleudfordring, som mange eksisterende spinalstimulatorteknologier står over for:at opnå præcis stimulering og minimal invasivitet," sagde medlem Dinchang Lin, en assisterende professor i Whiting School of Engineering's Department of Materials Science and Engineering og en kerneforsker ved Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology.

Holdets resultater offentliggøres i Nano Letters .

Konventionelle spinalstimulatorer implanteres enten på rygmarvens dorsale overflade (vendende mod personens ryg) eller direkte ind i rygmarvens væv. Ifølge Lin er ingen af ​​strategierne ideelle:Førstnævnte kompromitterer implantatets evne til præcist at målrette vigtige nerver, og sidstnævnte forårsager ikke kun skade på vævet under implantationskirurgi, men rejser også problemer med biokompatibilitet.

Lins team identificerede først et nyt sted for stimulering, den ventrolaterale epidurale overflade, som er meget tæt på vigtige motoriske neuroner i rygmarven og tilgængelig uden kirurgi. Derefter designede de en nanoskala, ultrafleksibel og strækbar enhed, der kan indsættes via en lille injektor og en simpel sprøjtepumpe.

"Ved at anvende denne nye teknologi i en musemodel fremkaldte vi benbevægelser ved hjælp af en elektrisk strøm, der var næsten to størrelsesordener lavere end den, der blev brugt i traditionel dorsal stimulering. Vores stimulator muliggjorde ikke kun et bredere udvalg af bevægelser, men gjorde det også muligt for os at programmere elektroden arrays stimuleringsmønster, hvilket resulterede i mere indviklede og naturlige benbevægelser, der minder om at træde, sparke og vinke," sagde Lin, der ledede teamets design og udvælgelse af enhedens stilladsmaterialer, som var skræddersyet til at opnå optimale mekaniske egenskaber og lang- term biokompatibilitet.

Forskerne håber, at denne teknologi - hvis den i sidste ende viser sig sikker og effektiv til brug hos mennesker - en dag kan hjælpe med at genoprette benfunktionen hos mennesker med rygmarvsskader eller neuromotoriske sygdomme. De mener også, at deres implantationsmetode med lav invasivitet kunne gøre den tilgængelig for flere mennesker.

"Denne teknologi kan markant forbedre kvaliteten af ​​mange patienters liv, sænke omkostningerne til personlig pleje og hjælpe dem med at genvinde selvtillid og værdighed," sagde Lin.

Teammedlemmer planlægger at fortsætte arbejdet med enheden med henblik på eventuelle kliniske forsøg med mennesker.

Flere oplysninger: Dingchang Lin et al., Injicerbar ventral spinalstimulator fremkalder programmerbar og biomimetisk bagbensbevægelse, nanobogstaver (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01806

Journaloplysninger: Nano-bogstaver

Leveret af Johns Hopkins University