生物电子医学的第一个例子

西北大学和华盛顿大学医学院的研究人员开发出了生物电子医学的第一个例子：一种可植入，可生物降解的无线装置，可加速神经再生并改善受损神经的愈合。

合作者 - 西北大学的材料科学家和工程师以及华盛顿大学的神经外科医生 - 开发出一种装置，可以在手术修复过程中为大鼠受损的周围神经提供定期电脉冲，加速腿部神经再生并提高终极度。恢复肌肉力量和控制。一角硬币的大小和一张纸的厚度，无线装置在自然吸收到体内之前运行大约两周。

科学家们设想，有朝一日这种瞬时工程技术可以补充或取代人类各种医学条件下的药物治疗。这种类型的技术，研究人员称之为“生物电子医学”，在临床相关的时间段内直接在需要的地点提供治疗和治疗，从而减少与常规永久性植入物相关的副作用或风险。

“这些工程系统以可编程的剂量形式提供活跃的治疗功能，然后自然消失在体内，无需任何痕迹，”西北大学的生物综合技术先驱John A. Rogers说道，他是该公司的共同高级作者。研究。“这种治疗方法可以让人们思考超越药物和化学的选择。”

Rogers是McCormick工程学院和西北大学Feinberg医学院的材料科学与工程，生物医学工程和神经外科学的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授。

虽然该设备尚未在人体中进行测试，但该研究结果有望成为神经损伤患者未来的治疗选择。对于需要手术的病例，标准做法是在手术期间进行一些电刺激以帮助恢复。但到目前为止，医生还缺乏在整个康复和康复过程中不同时间点持续提供额外提升的方法。

“我们知道手术过程中的电刺激有帮助，但一旦手术结束，介入的窗口就会关闭，”共同资深作者Wilson博士说，“Zack”Ray，神经外科，生物医学工程和矫形外科副教授华盛顿大学外科。“通过这种装置，我们已经证明，按计划进行的电刺激可以进一步促进神经恢复。”

在过去的八年中，罗杰斯和他的实验室为可生物降解设备开发了完整的电子材料，设备设计和制造技术，这些设备具有广泛的选择范围，可以满足未满足的医疗需求。当Ray和他在华盛顿大学的同事确定需要基于电刺激的疗法来加速伤口愈合时，罗杰斯和西北大学的同事们去了他们的工具箱并开始工作。

他们设计并开发了一种薄而灵活的装置，包裹受伤的神经，并在装置无害地降解身体之前的几天内在选定的时间点发出电脉冲。该设备由身体外部的发射器无线供电和控制，其功能与手机充电垫非常相似。罗杰斯和他的团队在整个开发过程和动物验证过程中与华盛顿大学团队密切合作。

华盛顿大学的研究人员随后研究了受损坐骨神经大鼠的生物电子设备。这个神经在腿上下发送信号，控制小腿和脚的腿筋和肌肉。他们使用该装置每天向大鼠提供一小时的电刺激一天，三天或六天或根本没有电刺激，然后监测它们在接下来的10周内的恢复情况。

他们发现，在帮助大鼠恢复肌肉质量和肌肉力量方面，任何电刺激总比没有好。此外，大鼠接受电刺激的天数越多，他们就越快和彻底地恢复神经信号和肌肉力量。没有发现装置的不良生物效应及其重吸收。

“在我们进行这项研究之前，我们不确定更长的刺激会产生什么影响，现在我们知道它确实存在，我们可以开始尝试找到理想的时间框架以最大限度地恢复，”雷说。“如果我们用电刺激12天而不是6天，会有更多的治疗效益吗?也许。我们现在正在研究它。”

通过改变设备中材料的成分和厚度，Rogers及其同事可以控制其在被吸收到体内之前保持功能的准确天数。在降级之前，新版本可以提供数周的电脉冲。该装置在体内降解的能力取代了第二次手术以移除不可生物降解的装置，从而消除了对患者的额外风险。

“我们设计的设备消失了，”罗杰斯说。“这种瞬态电子设备的概念近10年来一直是我们团队的一个深刻关注的话题 - 从某种意义上说，这是对材料科学的一次大探索。我们很兴奋，因为我们现在拥有的东西 - 材料，设备，制造方法，系统级工程概念 - 以可能与人类健康方面的巨大挑战相关的方式利用这些概念。

该研究还表明，该装置可以作为临时起搏器，并作为脊髓和身体其他刺激部位的接口。这些研究结果表明，除了周围神经系统外，还有广泛的用途