首页 > 资讯 > 消息正文

利用光遗传学装置可以安全、稳定地治疗膀胱问题

发布:optics1    |    2019-01-08 19:31    阅读:1742
分享:
      

近期,研究人员公布了一种微型可植入设备,它可以检测膀胱过度频繁的生理活动,并利用生物医用LED灯的光作为信号源来控制生物体排尿的冲动。该设备已在实验室大鼠中获得了成功的测试结果,研究人员认为在将来该方案可用于治疗人类过度活跃的膀胱、尿失禁和间质性膀胱炎(IC)等疾病。该设备由来自华盛顿大学医学院、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)和美国西北大学范伯格(Feinberg)医学院的神经学家和工程师组成的研究团队合作研发。

研究人员在实验室大鼠的膀胱周围植入一个柔软、有弹性的带状装置。随着大鼠膀胱的充盈和排空,这个装置会不断地扩张和收缩。随后研究人员将一种叫做视蛋白的蛋白质注射到动物的膀胱内。视蛋白由一种能与膀胱神经细胞结合的病毒携带,注射结合后这些神经细胞会对光信号敏感,而植入的装置便能够利用光激发接口帮助微型无机发光二极管激活视蛋白。

图1 闭环光遗传学生物电子装置用于膀胱功能的神经调节及其计算机断层扫描图像。这张实验大鼠的CT扫描照片右侧显示了一个植入在膀胱周围的微型装置。该装置由来自华盛顿大学医学院、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)和美国西北大学范伯格(Feinberg)医学院的研究人员共同研发,它能利用微型LED的光信号来激活膀胱神经细胞、控制尿失禁和膀胱过度频繁地进行生理活动等问题。在此致谢提供图片的华盛顿大学Gereau实验室

这种柔性、高精度的生物物理传感器系统可以连续地对器官功能进行测量。该系统包括一个控制模块和数据分析模块,它们使系统能够以闭环方式协调地运行,从而抑制病理行为的发生。借此系统,研究人员使用蓝牙通信向外部手持设备发出信号,并实时读取植入设备的信息。研究团队的工程师还开发了一个简单的算法,用来检测大鼠膀胱什么时候满了、什么时候排空了以及什么时候膀胱排空过于频繁。该系统只有在检测到膀胱有问题时才给大鼠提供治疗,一旦膀胱的生理活动回归正常状态,微型LED将关闭。

Robert Gereau教授表示:“当膀胱过于频繁地排尿时,外部设备会发出信号激活植入膀胱周围带状装置上的微型LED,随后LED发出的灯光会照射到膀胱中的感觉神经元上,从而降低感觉神经元的生理活动并使得膀胱的生理功能恢复到正常状态。”

研究人员计划下一步在大型动物身上测试类似的设备,他们认为类似的方案还可以在人体发挥同样的医学作用——装置可以通过导管穿过尿道进入膀胱,以此方法来把装置植入人体。

研究人员John Rogers表示:“这个自动、可植入并且可以与身体同步操作以改善健康的系统汇集了众多关键部件:检测器官生理活动的高精度生物物理传感器;调节这种生理活动的非侵入性手段;一个用于无线通信和控制的柔软、无电池的模块;用于闭环操作的数据分析算法。”

近30年来,人们对于较为严重的膀胱功能问题通常会用电刺激设备来治疗,治疗时电刺激设备会向控制膀胱的神经细胞发送电流,虽然这种植入物可以改善过度活跃的膀胱的生理功能,但它同时会扰乱神经细胞传递给其他器官信号的正常过程。Gereau教授表示:“这种刺激神经细胞的方案确实起了作用,但它本身也存在一些由于旧设备缺乏特异性而导致脱靶的副作用。”

该研究团队神经调节全光学输入的方案具有长期的稳定性和刺激特定类型细胞的潜力。 研究人员认为他们的方案也适用于治疗身体其他部位的疾病——例如治疗慢性疼痛或刺激胰腺细胞分泌胰岛素。

然而,用于使光敏蛋白与器官细胞结合的病毒是本方案存在的一个问题。Gereau教授表示:“我们还不确定是否可以用病毒传递的方法来稳定地表达出视蛋白,更重要的一点是,这种方法长期来看是否安全。这个疑问需要在临床前模型和早期临床试验中进行检验以确保该策略是完全安全的。”

该研究成果发表在了《自然》杂志上。

原文链接

 

本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email:mail#opticsjournal.net。否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的,请于20个工作日内与我们取得联系,我们将协调给予处理(按照法规支付稿费或删除),联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。最终解释权归《中国激光》杂志社所有。