柔软的光纤可在身体移动和伸展时缓解疼痛

科学家们有了一种新工具可以精确阐明神经疼痛的根源。

麻省理工学院的工程师开发出了柔软的可植入纤维，可以将光通过身体传递到主要神经。当这些神经经过基因改造以对光做出反应时，纤维可以向神经发送光脉冲以抑制疼痛。光纤具有柔韧性并可随身体伸展。

新纤维旨在作为一种实验工具，科学家可以使用它来探索动物模型中周围神经疾病的原因和潜在的治疗方法。当大脑和脊髓以外的神经受损时，就会出现周围神经疼痛，导致受影响的肢体出现刺痛、麻木和疼痛。据估计，有超过 2000 万人患有周围神经病。

马萨诸塞大学生物医学工程助理教授饶思源表示：“目前用于研究神经疾病的设备是由限制运动的刚性材料制成的，因此我们无法真正研究涉及疼痛的脊髓损伤和恢复。”在阿默斯特，他作为麻省理工学院的博士后开展了部分工作。“我们的纤维可以适应自然运动并发挥作用，同时不限制受试者的运动。这可以为我们提供更准确的信息。”

“现在，人们有了一种工具可以在非常动态、自然和不受约束的条件下研究与周围神经系统相关的疾病，”22 届博士 Xinyue Liu 补充道，他现在是密歇根州立大学 (MSU) 的助理教授。

他们团队的新纤维的详细信息将在《自然方法》杂志上发表的一项研究中报道 。Rao 和 Liu 在麻省理工学院的合著者包括化学研究生 Atharva Sahasrabudhe;赵宣和，机械工程、土木与环境工程教授;和材料科学与工程教授 Polina Anikeeva 以及密歇根州立大学、麻省大学阿默斯特分校、哈佛医学院和国立卫生研究院的其他人。

超越大脑

这项新研究源于该团队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改造神经来对光做出反应的技术。暴露在光线下可以激活或抑制神经，这可以为科学家提供有关神经如何工作以及与周围环境相互作用的信息。

神经科学家在动物身上应用光遗传学来精确追踪一系列大脑疾病的神经通路，包括成瘾、帕金森病、情绪和睡眠障碍——这些信息导致了针对这些疾病的针对性治疗。

迄今为止，光遗传学主要应用于大脑，该区域缺乏疼痛感受器，因此可以相对无痛地植入刚性装置。然而，刚性装置仍然会损伤神经组织。麻省理工学院的团队想知道这项技术是否可以扩展到大脑以外的神经。就像大脑和脊髓一样，周围系统的神经也会出现一系列损伤，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识别周围神经疾病的具体原因，并测试缓解这些疾病的疗法。但在大脑之外实施该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。如果在外围使用刚性硅装置，它们会限制动物的自然运动并可能导致组织损伤。

水晶和光

研究人员希望开发一种可以与身体一起工作和移动的替代品。他们的新设计是一种由水凝胶制成的柔软、可拉伸、透明的纤维，水凝胶是一种橡胶状、生物相容的聚合物和水的混合物，他们调整了水凝胶的比例，创造出微小的纳米级聚合物晶体，分散在更像果冻的溶液中。

光纤有两层——芯和外壳或“包层”。该团队混合了每一层的解决方案以生成特定的晶体排列。这种布置为每一层提供了特定的、不同的折射率，并且这些层一起防止任何穿过光纤的光逃逸或散射。

研究小组测试了老鼠的光纤，这些老鼠的神经经过基因改造，可以对激发神经活动的蓝光或抑制其活动的黄光做出反应。他们发现，即使植入了纤维，老鼠也能在轮子上自由奔跑。经过两个月约 30,000 次循环的轮子练习后，研究人员发现纤维仍然坚固且耐疲劳，并且还可以有效地传输光以触发肌肉收缩。

然后，研究小组打开电影 激光并将其穿过植入的光纤。使用标准实验室程序来评估疼痛抑制，他们观察到小鼠对疼痛的敏感度比未受光刺激的啮齿类动物要低得多。这些纤维能够显着抑制光刺激小鼠的坐骨神经痛。

研究人员将这些纤维视为一种新工具，可以帮助科学家识别疼痛和其他周围神经疾病的根源。

“我们专注于将纤维作为一种新的神经科学技术，”刘说。“我们希望帮助剖析周围神经系统疼痛的机制。随着时间的推移，我们的技术可能有助于找到针对慢性疼痛和其他使人衰弱的疾病(例如神经退化或损伤)的新机制疗法。”

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