nerfs jambe activés par la lumière offrent nouveau chemin pour restaurer la mobilité: Une nouvelle technique optogénétique pourrait aider à rétablir le mouvement des membres, tremblements traitement musculaire
Pour la première fois, les chercheurs du MIT ont montré que les nerfs faits pour exprimer des protéines qui peuvent être activés par la lumière peut produire des mouvements de jambes qui peuvent être ajustés en temps réel, en utilisant des signaux générés par le mouvement de la branche elle-même. La technique conduit à un mouvement qui est plus lisse et moins fatigants que les systèmes électriques similaires qui sont parfois utilisés pour stimuler les nerfs de la colonne vertébrale chez les patients de lésions de la moelle et d'autres.
Shriya Srinivasan est un étudiant de doctorat en ingénierie médicale et de la physique médicale au MIT Media Lab et de la Harvard-MIT Division des sciences de la santé et de la technologie. Photo: James Day
Bien que cette méthode a été testée sur les animaux, avec d'autres recherches et essais futurs chez les humains cette technique optogénétique pourrait être utilisée un jour pour restaurer le mouvement chez les patients atteints de paralysie, ou pour traiter les mouvements indésirables tels que tremblements musculaires chez les patients atteints de Parkinson, ledit Shriya Srinivasan, un étudiant de doctorat en ingénierie médicale et de la physique médicale au MIT Media Lab et le programme Harvard-MIT en sciences de la santé et de la technologie.
Les premières applications de la technologie pourrait être de restaurer le mouvement aux membres paralysés ou à des prothèses de puissance, mais un système optogénétique a le potentiel de restaurer la sensation des membres, désactiver des signaux de douleur non désirées ou de traiter les mouvements des muscles spastiques ou rigides dans des maladies neurologiques telles que la sclérose latérale amyotrophique ou SLA, Srinivasan et ses collègues suggèrent.
L'équipe du MIT est l'un des groupes de recherche très peu en utilisant l'optogénétique pour contrôler les nerfs en dehors du cerveau, Srinivasan a dit. « La plupart des gens utilisent optogénétique comme une sorte d'outil pour en apprendre davantage sur les circuits neuronaux, mais très peu regardent comme un outil thérapeutique cliniquement traduisible comme nous « .
« La stimulation électrique des muscles artificiels se traduit souvent par la fatigue et la contrôlabilité pauvres. dans cette étude, nous avons montré une atténuation de ces problèmes communs avec le contrôle musculaire optogenetic,», A déclaré Hugh Herr, qui a dirigé l'équipe de recherche et dirige le groupe Biomechatronics du Media Lab. « Cela a une grande promesse pour le développement de solutions pour les patients souffrant de maladies débilitantes comme la paralysie musculaire. »
le papier a été publié dans le décembre. 13 problème de nature Communications. L'équipe comprenait des chercheurs du MIT Benjamin E. Maimon, Maurizio Diaz, et Hyungeun Chanson.
Lumière par rapport à l'électricité
La stimulation électrique des nerfs est utilisé en clinique pour traiter la respiration, intestin, vessie, et la dysfonction sexuelle chez les patients de lésions médullaires, ainsi que pour améliorer le conditionnement musculaire chez les personnes atteintes de maladies dégénératives musculaires. La stimulation électrique peut également contrôler les membres paralysés et prothèses. Dans tous les cas, des impulsions électriques délivrées aux fibres nerveuses appelées axones déclencher le mouvement des muscles activés par les fibres.
Ce type de stimulation électrique des muscles fatiguent rapidement, peut être douloureux, et il est difficile de cibler précisément, toutefois, d'éminents scientifiques comme Srinivasan et Maimon à rechercher des méthodes alternatives de stimulation nerveuse.
stimulation optogénétiques repose sur les nerfs qui ont été génétiquement modifiées pour exprimer des protéines d'algues sensibles à la lumière appelées opsins. Ces protéines contrôlent des signaux électriques tels que des impulsions nerveuses - essentiellement, les allumer et éteindre - quand ils sont exposés à certaines longueurs d'onde de la lumière.
En utilisant des souris et des rats pour exprimer ces opsins dans deux nerfs clés de la jambe, les chercheurs ont été capables de contrôler le mouvement de haut en bas de l'articulation de la cheville des rongeurs en allumant une DEL qui est soit fixé sur la peau ou implanté à l'intérieur de la jambe.
Ceci est la première fois qu'un « en boucle fermée » système optogenetic a été utilisé pour alimenter un membre, les chercheurs. systèmes à boucle fermée changent leur stimulation en réponse aux signaux des nerfs qu'ils activent, par opposition aux systèmes « en boucle ouverte » qui ne répondent pas à la réaction du corps.
Dans le cas des rongeurs, différents signaux, y compris l'angle de l'articulation de la cheville et des changements dans la longueur des fibres musculaires étaient la rétroaction utilisés pour contrôler le mouvement de la cheville. Il est un système, Ledit Srinivasan, « Qu'en temps réel observe et minimise l'erreur entre ce que nous voulons arriver et ce qui se passe réellement. »
Promenez-vous par rapport sprint
stimulation optogénétiques a également conduit à moins de fatigue pendant le mouvement cyclique de la stimulation électrique, d'une manière qui a surpris l'équipe de recherche. Dans les systèmes électriques, axones de grand diamètre sont activés premier, ainsi que leurs gros muscles affamés oxygène et, avant de passer aux petits axones et les muscles. la stimulation optogénétiques fonctionne dans le sens inverse, la stimulation des axones plus petits avant de passer à de plus grandes fibres.
« Quand vous marchez lentement, vous n'activer ces petites fibres, mais lorsque vous exécutez un sprint, vous activer les grandes fibres,», Explique Srinivasan. « La stimulation électrique active les grandes premières fibres, il est donc comme vous marchez, mais vous utilisez toute l'énergie qu'il faut pour faire un sprint. Il est rapidement fatigants parce que vous utilisez beaucoup plus de puissance que vous avez besoin « .
Les scientifiques ont également remarqué un autre motif curieux à la lumière du système qui était stimulé la différence des systèmes électriques. « Quand nous avons continué à faire ces expériences, en particulier pendant de longues périodes de temps, nous avons vu ce comportement vraiment intéressant,» A déclaré Srinivasan. « Nous sommes habitués à voir des systèmes exécutons vraiment bien, puis la fatigue au fil du temps. Mais ici nous l'avons vu exécuter vraiment bien, puis il fatiguait, mais si l'on a continué à aller plus longtemps que le système récupéré et a commencé à jouer bien à nouveau « .
Ce rebond inattendu est lié à la façon dont les cycles d'activité opsin dans les nerfs, d'une manière qui permet au système complet de régénérer, les scientifiques ont conclu.
Avec moins de fatigue impliqué, le système de optogénétique pourrait être un bon ajustement pour l'avenir des opérations de moteur à long terme tels que exosquelettes robotiques qui permettent à certaines personnes paralysées de marcher, ou comme outils de réhabilitation à long terme pour les personnes souffrant de maladies musculaires dégénératives, Srinivasan a suggéré.
Pour la méthode pour faire le saut chez les humains, les chercheurs ont besoin d'expérimenter les meilleures façons de fournir de la lumière aux nerfs profonds dans le corps, ainsi que de trouver des moyens d'exprimer opsins dans les nerfs humains de façon sûre et efficace.
« Il y a déjà quelques 300 essais en utilisant la thérapie génique, et quelques essais qui utilisent opsins aujourd'hui, il est donc probable dans un avenir prévisible,» A déclaré Srinivasan.
La source: http://news.mit.edu, par Becky Ham
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