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MIT光遗传学技术获突破,帮助瘫痪者恢复肢体活动

2019-01-01
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近日,麻省理工学院(MIT)研究人员首次证明了一项新技术,用光照刺激神经进而激发肢体的活动能力,相比于以往常用来治疗脊髓损伤患者的电击类刺激方法,光刺激方法的操作更简单且不易引起肌肉疲劳。

 

这一研究成果发表在了 12 月 13 日的 Nature Communications 上。研究小组成员包括麻省理工学院的 Benjamin E. Maimon、Maurizio Diaz 和 Hyungeun Song。


MIT 医学工程和医学物理学博士 Shriya Srinivasan 表示,MIT 的研究小组是极少数利用光遗传学技术控制大脑外神经的研究小组。她说:“多数人都将光遗传学用作是一种研究神经回路的工具,但很少有人像我们一样将其作为一种用于临床治疗的治疗手段。”


(图片来源:Nature Communications


Srinivasan 认为,虽然目前该方法只仅在动物身上进行了试验,但随着进一步的研究和人体试验的进行,未来这种光遗传学技术有望被用来恢复瘫痪患者的行动,或是治疗帕金森病患者的肌肉震颤的症状。

 

于此同时,这种光遗传学技术还可用于恢复四肢的感觉,同时对一些神经系统疾病引起的肌肉痉挛、硬化等症状也有一定的治疗作用。

 

在此之前,对治疗瘫痪患者的研究更多集中在电刺激法上,总的来说,电刺激法是用电流刺激轴突,进而触发肌肉运动。目前这一技术已用于治疗患者由脊髓损伤引起的呼吸、膀胱和性功能障碍,同时对一些患有肌肉退化性疾病的患者来说,电刺激疗法也常用来改善其肌肉状况。

 

但这种方法的不足之处在于,这类电刺激很容易导致肌肉疲劳或酸痛,并且难以进行精准的定位。因此,Srinivasan 和 Maimon 等科学家一直致力于寻找其他更好的神经刺激方法。


在最新的光遗传学技术试验中,研究人员首先对部分神经进行基因编辑,使之产生具有感光能力的蛋白质,称为视蛋白,在特定波长光的刺激下,这些视蛋白能够控制(开关)一些电信号,比如神经冲动。

 

随后,研究人员将小型 LED 贴在小鼠皮肤表面,或是植入到小鼠腿部,通过开关这些 LED 灯来控制这些视蛋白的表达,进而成功控制小鼠踝关节的上下运动。

 

与此同时,对啮齿类动物来说,它们的踝关节角度和肌肉纤维长度的变化都可以作为其运动的行为的一种反馈,Srinivasan 表示,研究人员可以根据这些反馈在实际操作中进行调整,从而能够减少误差。

 

在 Srinivasan 看来,不管对于恢复瘫痪病人的行走能力,还是治疗肌肉退化疾病患者上,由于能够有效缓解肌肉疲劳,光遗传学技术都是一个很有前景的研究方向。

 

不过,想要让这种技术有效且安全地运用到人身上,研究人员面临的挑战还有很多,比如要如何将光传递到人体内部,以及如何在人类的神经中有效地表达视蛋白。

 

Srinivasan 表示,现阶段很多团队已经开始对这种视蛋白进行试验,因此这种光遗传学技术将很有可能在可预见的未来里出现在实际的运用中。


-End-


编辑:Ellie 责编:李贤焕

参考:

http://news.mit.edu/2018/leg-nerves-activated-by-light-offer-new-path-restoring-mobility-1226

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07721-w/figures/1


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