Forskare har utvecklat små, flexibla enheter som kan lindas runt enskilda nervfibrer utan att skada dem.
Forskarna från University of Cambridge har kombinerat flexibel elektronik och mjuk robotteknik för att utveckla enheterna, som skulle kunna användas för diagnos och behandling av en rad olika sjukdomar, t.ex. epilepsi och kronisk smärta, eller för att styra proteser.
De nuvarande verktygen för interaktion med de perifera nerverna – de 43 par motoriska och sensoriska nerver som förbinder hjärnan och ryggmärgen – är föråldrade, skrymmande och medför en hög risk för nervskador. De robotiserade ”nervmanschetterna” som Cambridge-teamet har utvecklat är dock tillräckligt känsliga för att greppa eller linda sig runt känsliga nervfibrer utan att orsaka några skador.
Tester av nervmanschetterna på råttor visade att enheterna endast behöver små spänningar för att ändra form på ett kontrollerat sätt och bilda en självstängande slinga runt nerverna utan behov av kirurgiska suturer eller lim.
Forskarna menar att kombinationen av mjuka elektriska ställdon och neuroteknik kan vara ett svar på minimalt invasiv övervakning och behandling av en rad olika neurologiska tillstånd. Resultaten rapporteras i tidskriften Nature Materials.
Elektriska nervimplantat kan användas för att antingen stimulera eller blockera signaler i målnerver. De kan t.ex. bidra till att lindra smärta genom att blockera smärtsignaler, eller användas för att återställa rörelseförmågan i förlamade lemmar genom att skicka elektriska signaler till nerverna. Nervövervakning är också ett standardkirurgiskt ingrepp när man opererar i områden i kroppen som har en hög koncentration av nervfibrer, t.ex. i närheten av ryggmärgen.
Dessa implantat ger direkt tillgång till nervfibrerna, men de medför vissa risker. ”Nervimplantat medför en hög risk för nervskador”, säger professor George Malliaras från Cambridge’s Department of Engineering, som ledde forskningen. ”Nerverna är små och mycket känsliga, så varje gång man sätter något stort, som en elektrod, i kontakt med dem utgör det en fara för nerverna.”
”Nervmanschetter som omsluter nerverna är de minst invasiva implantat som för närvarande finns tillgängliga, men trots detta är de fortfarande alltför skrymmande, styva och svåra att implantera, vilket kräver betydande hantering och potentiellt trauma för nerven”, säger medförfattaren Dr. Damiano Barone från Cambridges Department of Clinical Neurosciences.
Forskarna utformade en ny typ av nervmanschett tillverkad av ledande polymerer, som normalt används i mjuk robotik. De ultratunna manschetterna är konstruerade i två separata lager. Genom att applicera små mängder elektricitet – bara några hundra millivolt – får de enheterna att svälla eller krympa.
Manschetterna är så pass små att de kan rullas ihop till en nål och injiceras nära målnerven. När de aktiveras elektriskt ändrar manschetterna form och omsluter nerven, vilket gör att nervaktiviteten kan övervakas eller förändras.
”För att säkerställa en säker användning av dessa enheter inuti kroppen har vi lyckats minska den spänning som krävs för aktivering till mycket låga värden”, säger Dr. Chaoqun Dong, artikelns försteförfattare. ”Vad som är ännu mer betydelsefullt är att dessa manschetter kan ändra form i båda riktningarna och omprogrammeras. Det innebär att kirurgerna kan justera hur hårt enheten sitter runt en nerv tills de får bästa möjliga resultat för att registrera och stimulera nerven.”
Tester på råttor visade att manschetterna kunde placeras utan kirurgi och att de bildade en självstängande slinga runt målnerven. Forskarna planerar ytterligare tester av manschetterna i djurmodeller och hoppas kunna påbörja tester på människor inom de närmaste åren.
”Med den här metoden kan vi nå nerver som är svåra att nå med öppen kirurgi, t.ex. nerver som styr smärta, syn eller hörsel, utan att behöva implantera något i hjärnan”, säger Barone. ”Möjligheten att placera manschetterna så att de omsluter nerverna gör det här till ett mycket enklare ingrepp för kirurgerna och mindre riskfyllt för patienterna.”
”Möjligheten att tillverka ett implantat som kan ändra form genom elektrisk aktivering öppnar upp för en rad framtida möjligheter till mycket riktade behandlingar”, säger Malliaras. ”I framtiden kanske vi kan få implantat som kan röra sig genom kroppen, eller till och med in i hjärnan – det får en att drömma om hur vi kan använda tekniken för att gynna patienterna i framtiden.”
Ytterligare information: Electrochemically actuated microelectrodes for minimally invasive peripheral nerve interfaces, Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-024-01886-0
Lämna ett svar