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精准低温镇痛技术【巧妙】

已有 2466 次阅读 2022-7-1 11:20 |系统分类:海外观察

利用局部降低温度实现阻断神经传递的技术,不仅能作为镇痛的策略,也能作为更广泛的神经传递控制技术,在未来的神经科学研究和技术中,精准低温可能会成为一匹神经操作技术黑马进入神经科学的基础研究和临床应用。过去我们经常采用神经切断的技术进行研究,但这种技术不仅存在创伤大,不可逆的缺点,也往往难以实现非常精细的目的。最新的精准低温技术,将可能为神经传递精准控制带来一场革命。另外随着技术的不断扩展,这种技术也许能代替过去的亚低温神经保护技术,人们可以采用更精准地对目标组织进行低温保护。这样不仅能减少低温技术的操作复杂性,也能实现更精准控制,更理想效果的目的。

Cooling the pain (science.org)

疼痛困扰着世界上五分之一的成年人最严重的健康问题之一尽管阿片类药物在治疗疼痛方面很有效,但阿片类药物使用障碍和过量已经促使非阿片类药物替代品的发展,如麻醉药物、电刺激和针灸来治疗疼痛

 在这些替代方案中,神经冷却技术提供了一种有效和可逆的策略来缓解疼痛。在最近Reeder等报告了一种最小自动化和植入式冷却系统,该系统集成了最先进的微流控和柔性电子技术,在生物可降解平台上用于局部温度控制和精确的疼痛缓解。镇痛神经冷却利用化学反应速率的温度依赖性,在较低温度下有效地降低神经组织代谢率、电活动和离子流动性。

据报道,神经温度适当降低到15°C可以阻止复合神经作用电位传导而在5°C能实现完全的神经传导阻滞为避免更低温度诱发神经损伤要求局部冷却温度必须精确控制 传统的神经冷却技术通过预冷液体如甲醇,通过金属或硅酮管输送到目标组织,也有用热电器件进行组织致冷。这些方法存在笨重和刚性结构、冷却精确度低和高功率要求等的不足,限制了其在周围神经系统中的长期应用

一种能进行局部镇痛的植入式冷却装置成为长期疼痛治疗的规则改变着。 Reeder等人利用他们在先进柔性微系统方面的专业知识,创造了一种具有实时温度反馈的微流控冷却装置 与其他实现神经阻滞的方法相比,他们的设备由于几个原因优于传统的体内冷却方法(见图) 该装置由蛇形结构和与周围神经弹性相似的弹性材料组成,具有柔软、灵活和可拉伸的特点。 由于其类似组织状的机械性能,这种装置可以像袖套电极一样轻易地包裹住神经,形成一个亲密界面,从而促进有效热传递。 该装置也是生物可降解材料 超过几个月溶解在液体,在组织中产生小微炎症反应。  

该装置的逐步生物降解归因于一种被称为聚(辛二醇柠檬酸酯)的生物可吸收弹性体,它被用于构建微流控系统。 此外,该设备利用蒸发机制来产生快速冷却,与传统预冷液体相比,具有较慢的温度还原动力学。 因为热扩散随时间的尺度在空间上的扩散,更快速的冷却,加上废气的低热容,产生更大的空间局限和更精确的局部疼痛控制可达到毫米尺度。 最后,该设备在微流控系统的电子层中集成了一个温度传感器,为精确控制局部温度提供实时反馈。 在实现时空精确冷却,Reeder等人证明了工程进步对于解决生物医学需求价值 蒸发冷却方案已应用于高密度电子器件的热管理。 然而,迄今为止,它在生物体内疼痛管理方面的应用有限。 这在很大程度上是因为在界面的热形状不匹配,因为这些设备通常以刚性平行板形式出现,使它们不太容易伴随神经,相比之下,是软的和几何复杂。 Reeder等人将蒸发冷却应用在柔软可拉伸的微流控平台上,该平台以前被用于神经系统的药物输送。 全氟戊烷的生物惰性及其作为静脉超声造影剂的临床批准用途证明其在体内作为生物相容性液体冷却剂的用途是合理的。 

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利用全氟戊烷的低沸点和高蒸发焓的优势,以及使用干氮气Reeder等人创造的设备实现了3/的最大冷却速率。 当对大鼠进行测试时,他们的设备诱导高度局部冷却,并使大鼠坐骨神经有效和可逆的传导阻滞,通过肌电图复合神经动作电位和肌肉力测定确认这一效应 此外,这种可拉伸冷却装置在植入后数周内实现了对自由移动的神经性疼痛大鼠的镇痛,正如在von Frey麻醉仪测量和组织学分析中显示的 这种稳定的界面,连同它随时间降解情况按需进行长期疼痛管理,同时避免了干预期后的外科取除的需要。 

除了用于小型化,灵活冷却缓解疼痛装置,这一技术也能用于神经科学研究和神经实践。 具体来说,大脑皮质冷却已经被用作一种非遗传手段来沉默神经活动和研究大脑中的神经回路功能 这种局域、可逆的冷却效应代表了一种有吸引力的神经活动的操纵方法与高时空分辨率,长期效用,最小侵入性等特点,用于人类和非人灵长类动物都比较理想。 此外,该技术提供了一种非阿片类药物替代的针对性,按需镇痛的医疗策略 一个可穿戴的冷却设备与集成的组件有助于实现护理点的疼痛管理。 通过利用弹性和可拉伸生物电子学的最新进展,具有冷却、温度监测和电物理组织学记录的一体化神经接口在未来可能成为可能,提供冷却温度、持续时间和间隔的实时调整,以达到预期的生理和治疗效果



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1 张俊鹏

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