کاف‌های عصب رباتیک می‌توانند به درمان طیف وسیعی از بیماری‌های عصبی کمک کنند

محققان دستگاه‌های کوچک و انعطاف‌پذیری ساخته‌اند که می‌توانند بدون آسیب رساندن به رشته‌های عصبی اطراف آن‌ها بپیچند.

محققان دانشگاه کمبریج، تکنیک‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر و رباتیک نرم را برای توسعه این دستگاه‌ها ترکیب کردند که می‌تواند برای تشخیص و درمان طیف وسیعی از اختلالات، از جمله صرع و درد مزمن، یا کنترل اندام‌های مصنوعی استفاده شود.

ابزارهای کنونی برای ارتباط با اعصاب محیطی – 43 جفت اعصاب حرکتی و حسی که مغز و نخاع را به هم متصل می‌کنند – قدیمی، حجیم و دارای خطر بالای آسیب عصبی هستند. با این حال، روباتیک کاف‌های عصبی توسعه یافته توسط تیم کمبریج به اندازه‌ای حساس هستند که رشته‌های عصبی ظریف را بدون ایجاد آسیب، در دست بگیرند یا بپیچند.

آزمایش‌های کاف عصب در موش‌ها نشان داد که دستگاه‌ها فقط به ولتاژهای کوچک نیاز دارند تا به روشی کنترل‌شده تغییر شکل دهند و بدون نیاز به بخیه‌های جراحی یا چسب، حلقه‌ای را در اطراف اعصاب ایجاد کنند.

محققان می گویند ترکیب محرک های الکتریکی نرم با فناوری عصبی می تواند پاسخی به نظارت و درمان کم تهاجمی برای طیف وسیعی از شرایط عصبی باشد. نتایج در مجله گزارش شده است مواد طبیعت.

از ایمپلنت های عصبی الکتریکی می توان برای تحریک یا مسدود کردن سیگنال ها در اعصاب هدف استفاده کرد. به عنوان مثال، آنها ممکن است با مسدود کردن سیگنال های درد به تسکین درد کمک کنند، یا می توانند برای بازگرداندن حرکت در اندام های فلج با ارسال سیگنال های الکتریکی به اعصاب استفاده شوند. نظارت بر عصب نیز یک روش جراحی استاندارد است که در مناطقی از بدن که دارای غلظت بالایی از رشته‌های عصبی است، مانند هر جایی نزدیک به نخاع عمل می‌کند.

این ایمپلنت‌ها امکان دسترسی مستقیم به رشته‌های عصبی را فراهم می‌کنند، اما با خطرات خاصی همراه هستند. پروفسور جورج مالیاراس از دپارتمان مهندسی کمبریج که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: ایمپلنت های عصبی با خطر بالایی برای آسیب عصبی همراه هستند. اعصاب کوچک و بسیار ظریف هستند، بنابراین هر زمان که چیزی بزرگ مانند الکترود را در تماس با آنها قرار دهید، خطری برای اعصاب است.

دکتر دامیانو بارون، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «آستین‌های عصبی که دور اعصاب می‌پیچند، کم‌تهاجمی‌ترین ایمپلنت‌های موجود در حال حاضر هستند، اما علی‌رغم این، هنوز خیلی حجیم، سفت و سخت برای کاشت هستند و نیاز به جابجایی قابل توجه و آسیب احتمالی به عصب دارند.» بخش علوم اعصاب بالینی کمبریج.

محققان نوع جدیدی از کاف عصبی ساخته شده از پلیمرهای رسانا را طراحی کردند که معمولاً در رباتیک نرم استفاده می شود. کاف های فوق العاده نازک در دو لایه مجزا طراحی شده اند. استفاده از مقادیر اندک الکتریسیته – فقط چند صد میلی ولت – باعث متورم یا جمع شدن دستگاه ها می شود.

کاف‌ها به اندازه‌ای کوچک هستند که می‌توان آن‌ها را در یک سوزن جمع کرد و در نزدیکی عصب هدف تزریق کرد. هنگامی که کاف ها به صورت الکتریکی فعال می شوند، شکل خود را تغییر می دهند تا به دور عصب بپیچند و اجازه می دهند فعالیت عصبی نظارت یا تغییر یابد.

دکتر Chaoqun Dong، نویسنده اول مقاله گفت: «برای اطمینان از استفاده ایمن از این دستگاه‌ها در داخل بدنه، ما موفق شده‌ایم ولتاژ مورد نیاز برای تحریک را به مقادیر بسیار پایین کاهش دهیم. مهم‌تر این است که این کاف‌ها می‌توانند در هر دو جهت تغییر شکل داده و مجدداً برنامه‌ریزی شوند. این بدان معناست که جراحان می‌توانند تا زمانی که بهترین نتایج را برای ضبط و تحریک عصب به دست آورند، میزان محکم قرار گرفتن دستگاه در اطراف عصب را تنظیم کنند.»

آزمایشات روی موش‌ها نشان داد که می‌توان کاف‌ها را بدون جراحی با موفقیت قرار داد و آنها حلقه‌ای خود بسته‌شونده را در اطراف عصب هدف تشکیل دادند. محققان در حال برنامه‌ریزی برای آزمایش‌های بیشتر این دستگاه‌ها در مدل‌های حیوانی هستند و امیدوارند ظرف چند سال آینده آزمایش‌هایی را روی انسان‌ها آغاز کنند.

بارون گفت: با استفاده از این رویکرد، می‌توانیم به اعصابی دست پیدا کنیم که دسترسی به آنها از طریق جراحی باز دشوار است، مانند اعصابی که کنترل، درد، بینایی یا شنوایی را کنترل می‌کنند، اما بدون نیاز به کاشت چیزی در مغز. “قابلیت قرار دادن این کاف‌ها به گونه‌ای که دور اعصاب بپیچند، این روش را برای جراحان بسیار آسان‌تر می‌کند و برای بیماران خطر کمتری دارد.”

مالیاراس گفت: «توانایی ساخت ایمپلنتی که می‌تواند از طریق فعال‌سازی الکتریکی تغییر شکل دهد، طیف وسیعی از احتمالات آینده را برای درمان‌های بسیار هدفمند باز می‌کند. در آینده، ممکن است بتوانیم ایمپلنت‌هایی داشته باشیم که می‌توانند از طریق بدن یا حتی به مغز حرکت کنند – این باعث می‌شود که رویاپردازی کنید که چگونه می‌توانیم از فناوری برای سودمندی بیماران در آینده استفاده کنیم.»