Mishipa ya miguu iliyoamilishwa na mwanga hutoa njia mpya ya kurejesha uhamaji: Mbinu mpya ya optogenetic inaweza kusaidia kurejesha harakati za viungo, kutibu tetemeko la misuli

Kwa mara ya kwanza, Watafiti wa MIT wameonyesha kuwa mishipa iliyotengenezwa kuelezea protini ambazo zinaweza kuamilishwa na mwanga zinaweza kutoa harakati za mguu ambazo zinaweza kurekebishwa kwa wakati halisi., kwa kutumia viashiria vinavyotokana na mwendo wa kiungo chenyewe. Mbinu hiyo inaongoza kwa harakati ambayo ni laini na isiyochosha kuliko mifumo sawa ya umeme ambayo wakati mwingine hutumiwa kuchochea mishipa kwa wagonjwa wa uti wa mgongo na wengine..

Shriya Srinivasan ni mwanafunzi wa PhD katika uhandisi wa matibabu na fizikia ya matibabu katika MIT Media Lab na Idara ya Harvard-MIT ya Sayansi ya Afya na Teknolojia.. Picha: Siku ya James

Wakati njia hii ilijaribiwa kwa wanyama, pamoja na utafiti zaidi na majaribio ya siku zijazo kwa wanadamu mbinu hii ya optogenetic inaweza kutumika siku moja kurejesha harakati kwa wagonjwa waliopooza., au kutibu harakati zisizohitajika kama vile mtetemo wa misuli kwa wagonjwa wa Parkinson, Alisema Shriya Srinivasan, mwanafunzi wa PhD katika uhandisi wa matibabu na fizikia ya matibabu katika MIT Media Lab na Programu ya Harvard-MIT katika Sayansi ya Afya na Teknolojia.

Utumizi wa kwanza wa teknolojia inaweza kuwa kurejesha mwendo kwa viungo vilivyopooza au kuimarisha viungo bandia., lakini mfumo wa optogenetic una uwezo wa kurejesha hisia za kiungo, kuzima ishara za maumivu zisizohitajika au kutibu harakati za misuli au ngumu katika magonjwa ya neva kama vile amyotrophic lateral sclerosis au ALS., Srinivasan na wenzake wanapendekeza.

Timu ya MIT ni mojawapo ya vikundi vichache vya utafiti vinavyotumia optogenetics kudhibiti neva nje ya ubongo, Srinivasan alisema. "Watu wengi wanatumia optogenetics kama aina ya zana ya kujifunza juu ya mizunguko ya neva, lakini ni wachache sana wanaoiona kama zana ya matibabu inayoweza kutafsiriwa kama tulivyo.

"Uchochezi wa umeme wa bandia wa misuli mara nyingi husababisha uchovu na udhibiti duni. Katika utafiti huu, tulionyesha kupunguza matatizo haya ya kawaida na udhibiti wa misuli ya optogenetic,” alisema Hugh Herr, ambaye aliongoza timu ya utafiti na anaongoza kikundi cha Biomechatronics cha Media Lab. "Hii ina ahadi kubwa kwa maendeleo ya suluhisho kwa wagonjwa wanaougua hali mbaya kama vile kupooza kwa misuli."

The karatasi ilichapishwa mnamo Desemba. 13 "Tumefurahishwa na onyesho hili la uchapishaji wa 3-D na jinsi teknolojia zinazoweza kumeza zinaweza kusaidia watu kupitia vifaa vya riwaya vinavyowezesha matumizi ya afya ya rununu. Mawasiliano ya asili. Timu hiyo ilijumuisha watafiti wa MIT Benjamin E. Maimon, Maurizio Diaz, na Wimbo wa Hyungun.

Mwanga dhidi ya umeme

Kusisimua kwa umeme kwa neva hutumiwa kliniki kutibu kupumua, utumbo, kibofu cha mkojo, na matatizo ya kijinsia kwa wagonjwa wa jeraha la uti wa mgongo, pamoja na kuboresha hali ya misuli kwa watu wenye magonjwa ya kuzorota kwa misuli. Kichocheo cha umeme kinaweza pia kudhibiti viungo vilivyopooza na viungo bandia. Katika hali zote, mipigo ya umeme inayotolewa kwa nyuzi za neva zinazoitwa akzoni huchochea harakati katika misuli iliyoamilishwa na nyuzi.

Aina hii ya msukumo wa umeme huchosha haraka misuli, inaweza kuwa chungu, na ni ngumu kulenga kwa usahihi, hata hivyo, inayoongoza wanasayansi kama Srinivasan na Maimon kutafuta mbinu mbadala za kusisimua neva.

Kichocheo cha optogenetic hutegemea neva ambazo zimeundwa kijenetiki ili kueleza protini za mwani zinazoweza kuhisi mwanga zinazoitwa opsins.. Protini hizi hudhibiti ishara za umeme kama vile msukumo wa neva - kimsingi, kuwasha na kuzima - wakati wanakabiliwa na mawimbi fulani ya mwanga.

Kwa kutumia panya na panya waliobuniwa kueleza opsini hizi katika neva kuu mbili za mguu, watafiti waliweza kudhibiti mwendo wa juu na chini wa kifundo cha mguu wa panya kwa kuwasha taa ya LED ambayo ilikuwa imefungwa juu ya ngozi au kuingizwa ndani ya mguu..

Hii ni mara ya kwanza kwa mfumo wa optogenetic "umefungwa-kitanzi" kutumika kwa nguvu ya kiungo, watafiti walisema. Mifumo ya kitanzi kilichofungwa hubadilisha msisimko wao kwa kujibu ishara kutoka kwa mishipa inayowasha, kinyume na mifumo ya "wazi-kitanzi" ambayo haijibu maoni kutoka kwa mwili.

Katika kesi ya panya, dalili tofauti ikiwa ni pamoja na pembe ya kifundo cha mguu na mabadiliko katika urefu wa nyuzi misuli yalikuwa maoni yaliyotumika kudhibiti mwendo wa kifundo cha mguu.. Ni mfumo, Alisema Srinivasan, "kwamba kwa wakati halisi huona na kupunguza makosa kati ya kile tunachotaka kutokea na kile kinachotokea."

Kutembea dhidi ya sprint

Kichocheo cha optogenetic pia kilisababisha uchovu mdogo wakati wa mwendo wa mzunguko kuliko uhamasishaji wa umeme, kwa namna ambayo ilishangaza timu ya watafiti. Katika mifumo ya umeme, akzoni zenye kipenyo kikubwa huwashwa kwanza, pamoja na misuli yao mikubwa na yenye njaa ya oksijeni, kabla ya kuhamia kwenye axons ndogo na misuli. Kichocheo cha optogenetic hufanya kazi kwa njia tofauti, kuchochea axons ndogo kabla ya kuhamia kwenye nyuzi kubwa zaidi.

"Unapotembea polepole, unaamilisha hizo nyuzi ndogo tu, lakini unapokimbia mbio, unawasha nyuzi kubwa,” alieleza Srinivasan. "Kichocheo cha umeme huwezesha nyuzi kubwa kwanza, kwa hivyo ni kama unatembea lakini unatumia nguvu zote zinazohitajika kufanya sprint. Inachosha haraka kwa sababu unatumia nguvu zaidi ya farasi kuliko unahitaji."

Wanasayansi pia waliona muundo mwingine wa kushangaza katika mfumo wa kichocheo cha mwanga ambao haukuwa tofauti na mifumo ya umeme. "Tulipoendelea kufanya majaribio haya, hasa kwa muda mrefu, tuliona tabia hii ya kuvutia sana,” Srinivasan alisema. "Tumezoea kuona mifumo ikifanya vizuri, na kisha uchovu baada ya muda. Lakini hapa tuliona ikifanya vizuri sana, na kisha ikachoka, lakini ikiwa tungeendelea kwa muda mrefu mfumo ulipata nafuu na kuanza kufanya vizuri tena.”

Rebound hii isiyotarajiwa inahusiana na jinsi shughuli za opsin zinavyozunguka kwenye neva, kwa njia ambayo inaruhusu mfumo kamili kuzaliwa upya, wanasayansi walihitimisha.

Pamoja na uchovu mdogo unaohusika, mfumo wa optogenetic unaweza kuwa mzuri wa siku zijazo kwa operesheni za muda mrefu za gari kama vile mifupa ya roboti ambayo inaruhusu watu wengine waliopooza kutembea., au kama zana za ukarabati wa muda mrefu kwa watu walio na magonjwa ya misuli ya kuzorota, Srinivasan alipendekeza.

Kwa njia ya kufanya kuruka ndani ya wanadamu, watafiti wanahitaji kujaribu njia bora za kupeleka mwanga kwenye mishipa iliyo ndani ya mwili, pamoja na kutafuta njia za kueleza opsins katika neva za binadamu kwa usalama na kwa ufanisi.

“Tayari kuna baadhi 300 majaribio kwa kutumia tiba ya jeni, na majaribio machache yanayotumia opsins leo, kwa hivyo kuna uwezekano katika siku zijazo zinazoonekana,” Alisema Srinivasan.

Chanzo: http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia, na Becky Ham

Mwandishi

Marie

Tazama machapisho yote