Galūnių protezų valdymas elektrodų matricomis

Siekdami sukurti protezuojamas galūnes su motoriniu valdymu ir lytėjimo pojūčiu, mokslininkai ieškojo būdų, kaip prijungti elektrodus prie rankos ar kojos nervų galūnėlių, o vėliau signalus iš tų nervų paversti elektrinėmis mechaninės galūnės judėjimo instrukcijomis. Tačiau nupjautos amputuotos galūnės nervinės ląstelės gali augti tik tuo atveju, jei yra jas laikanti struktūra – panašiai, kaip grotelės palaiko augantį vynmedį. Ir jie yra labai įnirtingi dėl šios struktūros formos ir dydžio.

Suvynioti vamzdžiai: Šio polimero ritinėlio mikroskopiniai kanalai yra tinkamo dydžio ir formos, kad per juos galėtų augti nupjautų nervinių ląstelių ryšuliai. Pastoliai, papildyti elektrodais, yra skirti perduoti elektrinius signalus tarp amputuoto asmens nervų sistemos ir protezuotos galūnės.

Ląstelės yra kaip žmonės: joms patinka sėdėti tinkamo dydžio baldai, sako Deividas Martinas , Delavero universiteto biomedicinos inžinierius. Jie ieško kanalo, kuriame būtų „Auksaplaukės“ ilgio skalė – kaip toli vienas nuo kito yra kalnagūbriai, kokio aukščio jie yra, kokio [pločio] jie yra.

Ravi Bellamkonda „Georgia Tech“ laboratorija sukūrė vamzdinius atraminius pastolius su mažais kanalais, kurie tvirtai priglunda prie nervų ląstelių ryšulių. Grupė neseniai išbandė struktūrą su nugaros šaknies ganglioninėmis ląstelėmis ir pristatė rezultatus Biomedžiagų draugijos konferencijoje anksčiau šį mėnesį.

Pastoliai prasideda kaip plokščias lakštas su mažais grioveliais, panašus į gofruotąjį geležį ar kartoną. Tada jis susukamas, kad susidarytų akytas cilindras su daugybe mažų kanalų, tinkamų sveikam nervų ląstelių augimui. Vamzdžių grindys veikia kaip elektrodai, prigludę prie nervų pluoštų ir paimdami nervinius signalus. Kitas dalykas yra tas, kad modelius galima daug tiksliau valdyti, o nervų pluoštų orientacija čia iš esmės tobula, sako Martinas. Tai puiki modelių sistema, o gebėjimas kontroliuoti nervų augimą yra tai, kas tikrai bus vertinga.

Galutinis tikslas yra sudaryti dvipusį ryšį tarp protezuotos galūnės ir nešiotojo. Galų gale ši konstrukcija galėtų atskirti dviejų rūšių nervines ląsteles ryšulyje, todėl nerviniai signalai, nukreipiantys rankos judėjimą, nukeliautų vienu kanalu, o informacija apie prisilietimą ir temperatūrą iš protezuotos galūnės nukeliautų į smegenis kitu kanalu. „Želė ritinėlis“ iš principo turėtų leisti [jiems] pasirinkti per tuos kanalus – man tai yra tikras jaudulys, sako Martinas. Tai naujiena ateičiai, bet jūs turite mokėti vaikščioti, kad galėtumėte bėgti.

Ankstesniuose bandymuose panaudoti nervinius signalus mokslininkai nupjautas nervines ląsteles pritaikydavo sieto elektrodais – plokščiais metaliniais diskais su skylutėmis, skirtomis nervams augti. Sieto elektrodo problema yra ta, kad nervai į jį patikimai neįaugtų, sako Bellamkonda.

Dabartinis darbas, susijęs su išlygintų nervų pluoštų auginimu, apima putplasčio atramas su poromis, tinkančiomis nervams augti, ir audinius su išlygintais nanopluoštais, išilgai kurių turi augti nervai. Tačiau želė rulono dizainas gali būti pranašesnis už kitus.

Daugiakanaliai pastoliai gali suteikti protezuotų galūnių miklumo. Turite sugebėti paskatinti kuo daugiau aksonų judėjimui ir turite sugebėti paimti signalus iš kuo daugiau aksonų, sako pagrindinis projekto tyrėjas Akhilas Srinivasanas. Patys sudėtingiausi iš šiuo metu nervų galūnėse naudojamų elektrodų turi apie 16 kanalų judėjimui valdyti. Tačiau ranka turi 22 laisvės laipsnius. Jums reikia bent 22 patikimų kanalų, sako Mario Romero-Ortega , Teksaso universiteto Arlingtono bioinžinerijos docentas. Tai yra apribojimas – turime tik keletą, bet jums reikia daugiau.

Mano požiūriu, naujovė yra jų naudojamos medžiagos [kurios gali] išplėsti, sako Romero-Ortega. Elektrodo ritinėlio konstrukcija paremta ankstesniais darbais, tačiau nauji pastoliai pagaminti iš medžiagų, kurios yra saugios biologiniam naudojimui. Jie yra pirmieji, kurie parodė augimą in vitro, sako Romero-Ortega.

Mikrogardelių gamybai ant stiklelio paklojamas polimero polidimetilsiloksano sluoksnis, kad būtų sukurtas plonas, vienodas pagrindas, ir pridedamas šviesai jautraus polimero SU-8 sluoksnis. Ultravioletinė šviesa apšviečiama SU-8 per groteles, o šviesos veikiamos paviršiaus dalys sujungiamos ir sudaro sienas. Tada tarp jų esančios nesurištos dalys nuplaunamos, paliekant eilę po eilės vamzdžių. Griovelio paviršius padengiamas antruoju pagrindinio polimero sluoksniu, o polimero sumuštinis susukamas į cilindrą.

Kol kas suvyniotoje mikromasyvoje dar trūksta elektrodų, tačiau Srinivasanas teigia, kad kiti žingsniai bus aukso elektrodų įkišimas į pastolių pagrindą. Tada laidinis mikromasyvas bus išbandytas su žiurkės modeliu.

Manau, kad tai protingas dizainas, sako Dominikas Durandas , Case Western Reserve universiteto biomedicinos inžinerijos profesorius. Jie vis dar neparodė elektrodų, bet tai yra kitos dienos problema.

paslėpti