植入LED燈可望阻隔痛覺 開啟疼痛管理新視野

LEDinside在過去3個月中陸續報導了有關LED植入生物體內驅動帶有光反應蛋白的神經研究,這算是LED跨入醫療與生物科技的新應用,很值得關注。從美國華盛頓大學醫學院的研究中,發現實驗室中植入LED的老鼠,當研究人員利用LED燈光刺激獎賞區塊時,其大腦中厭惡的區塊也會無意間同時受到驅動,這說明了治療憂鬱症的藥物為什麼在臨床上看起來沒有效果。也開啟了後續對LED燈與大腦連結的研究。

迷你LED燈助研究員揭憂鬱和成癮面紗

而史丹佛大學則首開先例,成功使用無線的LED植入裝置,開啟此類利用光遺傳學原理實驗的新格局。藉由老鼠自有的能量驅動LED燈發出光線,無線遙控小如胡椒籽的藍色LED裝置,控制老鼠大腦神經細胞、脊椎或四肢。

科學家將藍光LED植入老鼠實現遠端控制

接下來,加拿大戴爾豪斯大學的研究人員又有新的突破,將光通道直接作用在肌肉上,這樣一來即使神經失去功用,也能驅動肌肉活動。

LED醫療重大突破:漸人治療有望

近期,針對植入LED燈的醫學研究又傳來好消息。

LED燈可望阻擋痛覺通往腦部 造福需要疼痛管理的病患

科學家研究出一種富彈性、可植入體內的裝置,能夠驅動體內和脊柱的痛感訊號,這也代表,可望阻隔痛感傳遞到腦部。

位於美國東部聖路易斯的華盛頓大學醫學院和伊利諾大學厄巴納-香檳分校研究人員表示,植入的裝置有一天可望能夠用在人體不同部位,為無法有效治療的疼痛提供另一種辦法─阻隔痛覺傳送到腦部。

資深共同研究人員羅伯‧傑魯四世(Robert W. Gereau IV),同時也是華盛頓大學疼痛中心的主任,他表示:「我們最終的目標是用這個科技治療特定區域的疼痛,利用類似『開關』的概念,在痛感訊號傳送到腦部之前就阻擋掉。」

此研究在2015年11月9日刊載於線上版《Nature Biotechnology》。

這些老鼠身上部分神經帶有對光反應的蛋白細胞,研究人員希望能夠利用植入LED裝置驅動細胞,鈍化痛感訊號,阻斷一般療法沒辦法解決的疼痛,造福病患。(圖片來源:華盛頓大學)

可延展、有彈性的LED植入裝置 可固定於心臟等器官

傑魯說明,由於這個裝置柔軟且可延展,可以植入身體活動性的部位。在之前的研究當中,這類裝置通常必須植入並固定在骨頭上。

他表示:「但是當我們在研究脊椎上的神經元或者中樞神經以外的區域時,我們需要能夠延展、不需固定在骨頭上的裝置。」

這個新的裝置能夠用手術縫線固定在一個地方。與之前裝置相同,這個可延展的裝置裝有一個微型LED,能夠驅動特定的神經細胞。傑魯說他希望能夠利用這個植入裝置,鈍化痛感訊號,阻斷一般療法沒辦法解決的疼痛,造福病患。

研究人員在基因改造的老鼠身上植入裝置。這些老鼠身上部分神經帶有對光反應的蛋白細胞。為了要展示植入裝置對神經細胞中疼痛的通道有影響,研究人員利用LED燈驅動了老鼠的痛感。當老鼠在迷宮中通過一特定區域,植入裝置的LED燈就會發亮,並且驅動疼痛細胞讓老鼠感到不適。而在離開迷宮的那個區域之後,裝置就關閉,疼痛也消失。研究結果發現,這些動物很快就學會要避開該區域繞道而行。

這個實驗如果是用舊版的光遺傳學裝置可能就很難實行,因為舊版的裝置帶有電線,可能會影響老鼠的行為。

研究走出實驗室 計畫量產LED植入裝置催生更多相關實驗

據伊利諾大學材料工程系,同時也是共同研究主持人約翰‧羅傑表示,現行的微型彈性裝置能夠用手術縫線固定,同時也可能可以用在腎臟、胃、腸道、心臟或其他器官。

他補充道:「他們提供了特殊、能與生物相容的平台,實現讓光無線傳輸到身上幾乎任一器官。」

羅傑和傑魯設計植入裝置時,特別留意要將未來的量產列入考量,讓其他研究人員也能夠用這個裝置進行更深入研究。傑魯、羅傑和華盛頓大學麻醉系副教授麥可‧布魯喬斯(Michael R. Bruchas)共同成立了NeuroLux公司,朝量產裝置的目標前進。

原文連結:Implantable wireless devices trigger — and may block — pain signals

(編譯:LEDinside編輯,張雅涵)

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