سنسور در اندازه نانو می تواند به پیشرفت درمان بیماری نخاعی، آسیب کمک کند

فناوری‌های کاشتنی توانایی ما را برای مطالعه و حتی تعدیل فعالیت نورون‌ها در مغز به‌طور قابل‌توجهی بهبود داده‌اند، اما مطالعه نورون‌های نخاع در عمل دشوارتر است.

“اگر ما دقیقاً بفهمیم که نورون‌ها در نخاع چگونه فرآیند می‌کنند. “یو وو، دانشمند پژوهشی که بخشی از تیمی از مهندسان عصبی دانشگاه رایس است که روی راه حلی برای این مشکل کار می کنند، گفت: “احساس و حرکت کنترل، ما می توانیم درمان های بهتری برای بیماری و آسیب نخاع ایجاد کنیم.”

“ما یک حسگر کوچک، spinalNET، ایجاد کردیم که وو، نویسنده اصلی یک مطالعه درباره حسگر منتشر شده در Cell Reports. “توانایی استخراج چنین دانشی اولین گام اما مهم برای ایجاد درمان برای میلیون‌ها نفری است که از بیماری‌های نخاعی رنج می‌برند.”

طبق این مطالعه، از این حسگر برای ثبت فعالیت‌های عصبی در نخاع موش‌هایی که آزادانه در حال حرکت هستند برای دوره‌های طولانی و با وضوح عالی، حتی ردیابی همان نورون در چند روز استفاده شد.

لان لوان، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر و نویسنده مرتبط در این مطالعه گفت: «تا به حال، نخاع کم و بیش یک جعبه سیاه بوده است. “مسئله این است که طناب نخاعی در طول فعالیت عادی بسیار حرکت می کند. هر بار که سر خود را برمی گردانید یا خم می شوید، نورون های نخاعی نیز در حال حرکت هستند.”

در طول چنین حرکاتی، حسگرهای سفت و سخت کاشته شده در نخاع به ناچار بافت شکننده را مختل کرده یا حتی به آن آسیب می‌رسانند. با این حال، SpinalNET بیش از صد برابر کوچکتر از عرض یک مو است، که آن را بسیار نرم و انعطاف پذیر می کند – تقریباً به نرمی خود بافت عصبی.

Chong Xie، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر و مهندسی زیستی و نویسنده مرتبط این مطالعه گفت: «این انعطاف‌پذیری به آن ثبات و زیست‌سازگاری می‌دهد که ما برای ضبط ایمن نورون‌های نخاعی در طول حرکات نخاعی نیاز داریم». “با SpinalNET، ما توانستیم سیگنال های کم نویز را از صدها نورون دریافت کنیم.”

طناب نخاعی نقش مهمی در کنترل حرکت و سایر عملکردهای حیاتی ایفا می‌کند و توانایی ثبت نورون‌های نخاعی با فضای ریزدانه و رزولوشن زمانی در طول حرکت مهار نشده، پنجره ای به مکانیسم هایی ارائه می دهد که این امکان را فراهم می کند. با استفاده از SpinalNET، محققان توانستند تعیین کنند که نورون های نخاعی در مولد الگوی مرکزی – مدار عصبی که می تواند الگوهای حرکتی موزون مانند راه رفتن را در غیاب اطلاعات زمان بندی مشخص ایجاد کند – به نظر می رسد که با حرکت بسیار بیشتر از حرکات موزون درگیر باشد.

وو گفت: “برخی از آنها به شدت با حرکت پا در ارتباط هستند، اما در کمال تعجب، بسیاری از نورون ها هیچ ارتباط آشکاری با حرکت ندارند.” “این نشان می دهد که مدار ستون فقرات کنترل ریتمیک حرکت پیچیده تر از آن چیزی است که ما فکر می کردیم. ”

محققان گفتند که امیدوارند بتوانند بخشی از این پیچیدگی را در تحقیقات آتی حل کنند و به سوالاتی مانند تفاوت بین نحوه پردازش حرکت بازتابی نورون‌های نخاعی (مثلاً مبهوت شدن) در مقابل اقدامات ارادی کمک کنند.

“علاوه بر بینش علمی، ما معتقدیم که با تکامل فناوری، پتانسیل بالایی به عنوان یک کلاس دستگاه پزشکی برای افراد مبتلا به اختلالات عصبی و آسیب نخاعی.