柔性光纤将光传递到神经以抑制光遗传学疼痛

【蜂耘网 激光光学】来自美国的研究人员已经开发出可以随身体移动和拉伸的柔软植入式光纤，用于光遗传学研究。该工具将帮助科学家确定动物模型中神经疼痛和其他周围神经疾病的潜在机制，并有助于开发新的治疗方法。 　　

周围神经疼痛是当大脑和脊髓以外的神经受损时发生的一种疾病。它的症状不仅包括身体疼痛，还包括患肢的刺痛和麻木。据估计，全世界约有 2.4% 的人患有某种形式的周围神经病变。 　　

在研究大脑中的神经状况时，科学家们可以求助于光遗传学。这是一种技术，其中神经经过基因工程改造以对光做出反应。通过激活或抑制给定的神经，研究人员可以获得有关其工作原理以及与周围环境相互作用的信息。事实上，光遗传学已经帮助追踪了各种脑部疾病背后的神经通路，包括那些影响情绪和睡眠的疾病，以及成瘾和帕金森病。该技术还有助于开发针对这些疾病的靶向疗法。 　

迄今为止，光遗传学主要局限于大脑，由于缺乏疼痛感受器，僵硬装置可以相对无痛地植入，并且组织运动受到限制。相比之下，周围神经从周围的肌肉和组织经历近乎恒定的拉扯和推力。

正如马萨诸塞大学阿默斯特分校的生物医学工程师Siyuan Rao在一份新闻声明中解释的那样：“目前用于研究神经疾病的设备是由限制运动的坚硬材料制成的，因此如果涉及疼痛，我们无法真正研究脊髓损伤和恢复。刚性光遗传学植入物也会增加组织损伤的风险。为了使光遗传学对位于大脑外部的神经更实用 - 并且可能在大脑内更安全 - Rao及其同事希望开发一种更灵活的植入物形式，可以随身体移动。 　　

他们的解决方案是一种柔软、可拉伸、透明的纤维，由水凝胶制成，水凝胶是聚合物和水的生物相容性混合物。通过微调这些成分的比例，该团队创造了含有纳米级聚合物晶体的果冻状溶液。他们使用其中两种材料来塑造光纤的核心层和外包层。 　　

为了测试这一设计，研究人员将他们的纤维植入小鼠体内，这些小鼠的神经经过基因改造，使它们被蓝光激活并被黄光抑制。研究小组发现，当黄色激光沿着纤维发送时，小鼠对疼痛的敏感度要低得多，这种照明显着抑制了啮齿动物的坐骨神经痛。 　　

小鼠能够在纤维就位的轮子上自由奔跑，一端固定在头骨上，另一端沿着腿向下延伸，通过灵活的袖带结构连接到坐骨神经上。此外，即使在运行两个月后，植入物仍保持坚固和功能，克服了传统水凝胶的局限性。 　　

“我们的纤维可以适应自然运动并完成工作，同时不限制主体的运动。这可以为我们提供更准确的信息，“Rao指出。该研究的合著者、密歇根州立大学的Xinyue Liu补充道：“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。 　　

“光是体内传感、成像和生物调节的多功能工具。然而，组织中显着的光学衰减限制了其在各种情况下的适用性，“哈佛大学生物光学专家Seok-Hyun Andy Yun评论道，他没有参与这项研究。“微创水凝胶纤维的使用显示出克服这一局限性的巨大潜力，为光学技术在动物研究中的扩展应用铺平了道路。 　　

“这种方法的新颖之处在于相对易用性，以及其使用的有效性和可塑性，”伦敦大学学院的神经生物学家Federico Isetpon补充道。我认为这项技术的局限性在于，即使它肯定是一种比无线植入物更容易用于周围神经科学研究的方法，但它仍然面临着艰巨的挑战，并且在纤维的生产和手术输送到感兴趣的组织方面都需要特定的技术专长。 　　

随着初步研究的完成，研究人员现在正在努力扩大他们的纤维以用于大型动物，并将神经的光遗传学控制与记录神经活动的能力相结合。 　　

“我们专注于将纤维作为一种新的神经科学技术。我们希望帮助剖析周围神经系统疼痛的潜在机制，“刘补充道。她总结说：“随着时间的推移，我们的技术可能有助于确定针对慢性疼痛和其他衰弱疾病的新型机制疗法。 　　

研究小组表示，未来也有可能在周围神经之外使用相同的方法，针对心脏和胃肠道系统等移动器官。

（蜂耘激光光学网  责任编辑：村下秋冬）