西北大學和華盛頓大學醫(yī)學院的研究人員開發(fā)出了生物電子醫(yī)學的第一個例子：一種可植入，可生物降解的無線裝置，可加速神經(jīng)再生并改善受損神經(jīng)的愈合。

合作者 - 西北大學的材料科學家和工程師以及華盛頓大學的神經(jīng)外科醫(yī)生 - 開發(fā)出一種裝置，可以在手術(shù)修復過程中為大鼠受損的周圍神經(jīng)提供定期電脈沖，加速腿部神經(jīng)再生并提高終極度?；謴图∪饬α亢涂刂?。一角硬幣的大小和一張紙的厚度，無線裝置在自然吸收到體內(nèi)之前運行大約兩周。

科學家們設想，有朝一日這種瞬時工程技術(shù)可以補充或取代人類各種醫(yī)學條件下的藥物治療。這種類型的技術(shù)，研究人員稱之為“生物電子醫(yī)學”，在臨床相關(guān)的時間段內(nèi)直接在需要的地點提供治療和治療，從而減少與常規(guī)永久性植入物相關(guān)的副作用或風險。

“這些工程系統(tǒng)以可編程的劑量形式提供活躍的治療功能，然后自然消失在體內(nèi)，無需任何痕跡，”西北大學的生物綜合技術(shù)先驅(qū)John A. Rogers說道，他是該公司的共同高級作者。研究。“這種治療方法可以讓人們思考超越藥物和化學的選擇。”

Rogers是McCormick工程學院和西北大學Feinberg醫(yī)學院的材料科學與工程，生物醫(yī)學工程和神經(jīng)外科學的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授。

雖然該設備尚未在人體中進行測試，但該研究結(jié)果有望成為神經(jīng)損傷患者未來的治療選擇。對于需要手術(shù)的病例，標準做法是在手術(shù)期間進行一些電刺激以幫助恢復。但到目前為止，醫(yī)生還缺乏在整個康復和康復過程中不同時間點持續(xù)提供額外提升的方法。

“我們知道手術(shù)過程中的電刺激有幫助，但一旦手術(shù)結(jié)束，介入的窗口就會關(guān)閉，”共同資深作者Wilson博士說，“Zack”Ray，神經(jīng)外科，生物醫(yī)學工程和矯形外科副教授華盛頓大學外科。“通過這種裝置，我們已經(jīng)證明，按計劃進行的電刺激可以進一步促進神經(jīng)恢復。”

在過去的八年中，羅杰斯和他的實驗室為可生物降解設備開發(fā)了完整的電子材料，設備設計和制造技術(shù)，這些設備具有廣泛的選擇范圍，可以滿足未滿足的醫(yī)療需求。當Ray和他在華盛頓大學的同事確定需要基于電刺激的療法來加速傷口愈合時，羅杰斯和西北大學的同事們?nèi)チ怂麄兊墓ぞ呦洳㈤_始工作。

他們設計并開發(fā)了一種薄而靈活的裝置，包裹受傷的神經(jīng)，并在裝置無害地降解身體之前的幾天內(nèi)在選定的時間點發(fā)出電脈沖。該設備由身體外部的發(fā)射器無線供電和控制，其功能與手機充電墊非常相似。羅杰斯和他的團隊在整個開發(fā)過程和動物驗證過程中與華盛頓大學團隊密切合作。

華盛頓大學的研究人員隨后研究了受損坐骨神經(jīng)大鼠的生物電子設備。這個神經(jīng)在腿上下發(fā)送信號，控制小腿和腳的腿筋和肌肉。他們使用該裝置每天向大鼠提供一小時的電刺激一天，三天或六天或根本沒有電刺激，然后監(jiān)測它們在接下來的10周內(nèi)的恢復情況。

他們發(fā)現(xiàn)，在幫助大鼠恢復肌肉質(zhì)量和肌肉力量方面，任何電刺激總比沒有好。此外，大鼠接受電刺激的天數(shù)越多，他們就越快和徹底地恢復神經(jīng)信號和肌肉力量。沒有發(fā)現(xiàn)裝置的不良生物效應及其重吸收。

“在我們進行這項研究之前，我們不確定更長的刺激會產(chǎn)生什么影響，現(xiàn)在我們知道它確實存在，我們可以開始嘗試找到理想的時間框架以最大限度地恢復，”雷說。“如果我們用電刺激12天而不是6天，會有更多的治療效益嗎?也許。我們現(xiàn)在正在研究它。”

通過改變設備中材料的成分和厚度，Rogers及其同事可以控制其在被吸收到體內(nèi)之前保持功能的準確天數(shù)。在降級之前，新版本可以提供數(shù)周的電脈沖。該裝置在體內(nèi)降解的能力取代了第二次手術(shù)以移除不可生物降解的裝置，從而消除了對患者的額外風險。

“我們設計的設備消失了，”羅杰斯說。“這種瞬態(tài)電子設備的概念近10年來一直是我們團隊的一個深刻關(guān)注的話題 - 從某種意義上說，這是對材料科學的一次大探索。我們很興奮，因為我們現(xiàn)在擁有的東西 - 材料，設備，制造方法，系統(tǒng)級工程概念 - 以可能與人類健康方面的巨大挑戰(zhàn)相關(guān)的方式利用這些概念。

該研究還表明，該裝置可以作為臨時起搏器，并作為脊髓和身體其他刺激部位的接口。這些研究結(jié)果表明，除了周圍神經(jīng)系統(tǒng)外，還有廣泛的用途