Ekstremitāšu protezēšanas kontrole ar elektrodu blokiem

Lai izstrādātu protezētas ekstremitātes ar motora vadību un taustes sajūtu, pētnieki ir meklējuši veidus, kā savienot elektrodus ar nervu galiem uz rokas vai kājas un pēc tam pārvērst signālus no šiem nerviem elektriskās instrukcijās mehāniskās ekstremitātes pārvietošanai. Tomēr atdalītas nervu šūnas uz amputētas ekstremitātes var augt tikai tad, ja ir izveidota struktūra, kas tās atbalsta — līdzīgi kā režģis atbalsta augošu vīnogulāju. Un viņi ir bēdīgi nemierīgi par šīs struktūras formu un izmēru.

Spolēti cauruļvadi: Mikroskopiskie kanāli šajā polimēra rullī ir atbilstošā izmēra un formas, lai caur tiem izaugtu atdalītu nervu šūnu saišķi. Sastatnes, kas papildinātas ar elektrodiem, ir paredzētas, lai pārraidītu elektriskos signālus starp amputētā cilvēka nervu sistēmu un protēžu ekstremitāti.

Šūnas ir kā cilvēki: viņiem patīk sēdēt mēbeles, kas ir tieši piemērota izmēra, saka Deivids Mārtins , biomedicīnas inženieris Delavēras Universitātē. Viņi meklē kanālu, kuram ir “Zelta cirtņa” garuma skala — cik tālu viena no otras atrodas kalnu grēdas, cik tās ir garas, cik [platas].

Ravi Bellamkonda Georgia Tech laboratorija ir izstrādājusi cauruļveida atbalsta sastatnes ar maziem kanāliem, kas cieši pieguļ nervu šūnu saišķiem. Grupa nesen pārbaudīja struktūru ar muguras sakņu ganglija šūnām un prezentēja rezultātus Biomateriālu biedrības konferencē šā mēneša sākumā.

Sastatnes sākas kā plakana loksne ar sīkām rievām, līdzīgi kā gofrētais dzelzs vai kartons. Pēc tam to velmē, veidojot porainu cilindru ar daudziem sīkiem kanāliem, kas ir piemēroti veselīgai nervu šūnu augšanai. Cauruļu grīdas darbojas kā elektrodi, kas atrodas tuvu nervu saišķiem un uztver nervu signālus. Atšķirīgā lieta ir tā, ka modeļus var daudz precīzāk kontrolēt, un nervu saišķu orientācija šeit ir ideāla, saka Martins. Tā ir jauka modeļa sistēma, un spēja kontrolēt nervu augšanu ir tas, kas patiešām būs vērtīgs.

Galīgais mērķis ir nodrošināt divvirzienu saziņu starp protēzes ekstremitāti un valkātāju. Galu galā šis dizains varētu atdalīt divu veidu nervu šūnas saišķī, ​​tāpēc neironu norādes, kas virza rokas kustību, virzītos pa vienu kanālu, un informācija par pieskārienu un temperatūru no protezētās ekstremitātes nonāktu smadzenēs pa citu kanālu. “Jellyroll” principā vajadzētu ļaut [viņiem] izvēlēties, izmantojot šos kanālus, — tas ir tas, kur man ir patiesais uztraukums, saka Mārtins. Tās ir ziņas par nākotni, taču jums ir jāspēj staigāt, pirms varat skriet.

Iepriekšējos mēģinājumos izmantot neironu signālus zinātnieki ir aprīkojuši atdalītās nervu šūnas ar sieta elektrodiem — plakaniem metāla diskiem ar caurumiem, kas paredzēti nervu izaugšanai. Problēma ar sieta elektrodu ir tāda, ka nervi tajā neieaugtu droši, saka Bellamkonda.

Pašreizējais darbs pie izlīdzinātu nervu saišķu audzēšanas ietver putu balstus ar porām, kas piemērotas nervu augšanai, un audumus ar izlīdzinātām nanošķiedrām, pa kurām ir paredzēts augt nerviem. Bet jellyroll dizains var būt mazāks par pārējo.

Daudzkanālu sastatnes var sniegt papildu veiklību protezētajām ekstremitātēm. Jums ir jāspēj stimulēt pēc iespējas vairāk aksonu kustībai, un jums ir jāspēj uztvert signālus no pēc iespējas vairāk aksonu, saka Akhils Srinivasans, projekta galvenais pētnieks. Sarežģītākajiem elektrodiem, ko pašlaik izmanto nervu galos, ir aptuveni 16 kanāli, lai kontrolētu kustību. Bet rokai ir 22 brīvības pakāpes. Jums ir nepieciešami vismaz 22 uzticami kanāli, saka Mario Romero-Ortega , bioinženierijas asociētais profesors Teksasas Universitātē Ārlingtonā. Tas ir ierobežojums — mums ir tikai daži, bet jums ir nepieciešams vairāk.

No mana viedokļa jaunums ir materiāli, kurus viņi izmanto [ir tie, kurus viņi var] palielināt, saka Romero-Ortega. Elektrodu ruļļu dizains balstās uz iepriekšējiem darbiem, bet jaunās sastatnes ir izgatavotas no materiāliem, kas ir droši bioloģiskai lietošanai. Viņi ir pirmie, kas uzrāda augšanu in vitro, saka Romero-Ortega.

Lai izveidotu mikromasīvus, uz stikla priekšmetstikliņa tiek uzklāts polimēra polidimetilsiloksāna slānis, lai izveidotu plānu, viendabīgu pamatni, un pievienots gaismas jutīga polimēra SU-8 slānis. Ultravioletā gaisma tiek spīdēta uz SU-8 caur režģi, un gaismas iedarbībai pakļautās virsmas daļas savienojas kopā, veidojot sienas. Nesaistītās sekcijas starp tām tiek nomazgātas, atstājot aiz sevis cauruļvadu rindu pēc rindas. Rievotā virsma ir pārklāta ar otru bāzes polimēra slāni, un polimēra sviestmaize tiek velmēta cilindrā.

Pagaidām sarullētajam mikromasīvam joprojām trūkst elektrodu, taču Srinivasan saka, ka nākamie soļi būs zelta elektrodu ievietošana sastatņu pamatnē. Vadu mikromasīvs tiks pārbaudīts žurkas modelī.

Manuprāt, tas ir gudrs dizains, saka Dominiks Durands , Case Western Reserve universitātes biomedicīnas inženierijas profesors. Viņi joprojām nav parādījuši elektrodus, bet tā ir problēma vēl vienu dienu.

paslēpties