麻省理工学院最新创新成果：可以阻断外周神经疼痛的软光纤

2023-10-20 15:46:13 来源：cnBeta

麻省理工学院的研究人员推出了可植入的柔性纤维，利用光来研究和治疗周围神经疼痛。这一创新工具将光遗传学的应用扩展到了大脑之外，并在动物试验中证明了其疗效。这种纤维有助于测试神经相关疼痛的治疗方法。

科学家们有了一种新工具，可以精确地照亮神经疼痛的根源。麻省理工学院的工程师们开发出了可植入的软纤维，这种纤维能将光线传送到人体的主要神经。当这些神经经过基因改造对光做出反应时，光纤就能向神经发送光脉冲，从而抑制疼痛。光导纤维是柔性的，可随人体伸缩。

这种新型纤维是一种实验工具，科学家可以用它来探索动物模型中周围神经疾病的原因和潜在治疗方法。当大脑和脊髓以外的神经受损时，就会出现周围神经痛，导致受影响的肢体刺痛、麻木和疼痛。据估计，美国有超过2000万人患有周围神经病。

(资料图片仅供参考)

马萨诸塞大学阿默斯特分校生物医学工程助理教授饶思远（Siyuan Rao）说："目前用于研究神经疾病的设备都是由限制运动的僵硬材料制成的，因此如果涉及疼痛，我们就无法真正研究脊髓损伤和恢复情况。我们的纤维可以适应自然运动，并在不限制受试者运动的情况下完成工作。这可以为我们提供更精确的信息"。

麻省理工学院的工程师们设计了一种软水凝胶光纤（如图所示），它可以刺激外周神经，帮助研究人员确定神经相关疼痛的起源和治疗方法。图片来源：研究人员提供

"现在，人们有了一种工具，可以在非常动态、自然和无约束的条件下研究与外周神经系统有关的疾病，"22 岁的刘欣悦（Xinyue Liu）博士补充说，她现在是密歇根州立大学（MSU）的助理教授。

今天（10月19日）发表在《自然-方法》（Nature Methods）杂志上的一项研究报告详细介绍了他们团队的新型纤维。Rao和Liu在麻省理工学院的合著者包括化学系研究生Atharva Sahasrabudhe、机械工程和土木与环境工程系教授Xuanhe Zhao、材料科学与工程系教授Polina Anikeeva，以及密歇根州立大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、哈佛医学院和美国国立卫生研究院的其他教授。

将光遗传学扩展到大脑之外

这项新研究源于研究小组希望将光遗传学的应用扩展到大脑以外的领域。光遗传学是一种通过基因工程使神经对光做出反应的技术。暴露在光线下可以激活或抑制神经，从而为科学家提供有关神经如何工作以及如何与周围环境相互作用的信息。

神经科学家已经在动物身上应用光遗传学来精确追踪一系列脑部疾病的神经通路，包括成瘾、帕金森病、情绪和睡眠障碍--这些信息已经促成了针对这些疾病的靶向疗法。

迄今为止，光遗传学主要应用于大脑，这一区域缺乏痛觉感受器，因此可以相对无痛地植入硬质装置。然而，硬质装置仍会损伤神经组织。麻省理工学院的研究小组想知道，这种技术能否扩展到大脑以外的神经。与大脑和脊髓一样，外周系统的神经也会受到一系列损伤，包括坐骨神经痛、运动神经元疾病以及全身麻木和疼痛。

光遗传学可以帮助神经科学家确定外周神经疾病的具体原因，并测试缓解这些疾病的疗法。但是，在大脑之外实施这项技术的主要障碍是运动。周围神经不断受到周围肌肉和组织的推拉。如果在外周使用刚性硅装置，就会限制动物的自然运动，并可能造成组织损伤。

晶体与光

研究人员希望开发出一种能与身体一起工作和运动的替代品。他们的新设计是一种柔软、可伸缩的透明纤维，由水凝胶制成。水凝胶是一种橡胶状、生物相容性高的聚合物和水的混合物，他们调整了水凝胶的比例，以创造出微小、纳米级的聚合物晶体，散布在更像果冻的溶液中。

光纤包含两层--内芯和外壳或"包层"。研究小组混合了每一层的溶液，以产生特定的晶体排列。这种排列使每一层都具有特定的、不同的折射率。

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