ГЛАВНЫЕ ТЕМЫ Все новости

ещё темысвернуть
Loading...

Ученые: новый оптогенетический метод поможет восстанавливать движение конечностей

Ученые: новый оптогенетический метод поможет восстанавливать движение конечностей

Исследователи Массачусетского технологического института (MTI) впервые показали, что нервы, созданные для экспрессии белков, которые могут быть активированы светом, способны производить движения конечностей.


Все это регулируется в режиме реального времени с помощью сигналов, генерируемых движением самой конечности. Этот метод позволяет делать более плавные и менее утомительные движения, чем при использовании аналогичных электрических систем, стимулирующих нервы у пациентов, имеющих травмы спинного мозга.


Этот метод был протестирован на животных, однако дальнейшие исследования и будущие испытания на людях вполне могут привести к тому, что его потом будут использовать для восстановления движений у пациентов, страдающих от паралича конечностей или тремора мышц. Об этом сообщила Шрия Шринивасан, доктор философии в области медицинской инженерии и физики в Медиа-лаборатории MIT.


Первое использование этой технологии может быть связано с восстановлением движения парализованных конечностей или приведением в действие протезов. Однако на деле оптогенетическая система обладает гораздо большим потенциалом – она может восстановить ощущения конечностей, отключить нежелательные болевые сигналы или лечить от судорожных или негибких движений мышц при неврологических заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз или ALS.


По словам Шринивасан, команда MIT – одна из немногих исследовательских групп, которые используют оптогенетику для управления нервами за пределами мозга. «Большинство людей применяют оптогенетику как инструмент для изучения нейронных цепей, но очень немногие рассматривают ее в качестве терапевтического инструмента».


«Искусственная электрическая стимуляция мышц часто приводит к усталости и снижению управляемости. В этом исследователи мы показали, как можно смягчить эти проблемы путем использования оптогенетического контроля мышц. У этого метода имеются большие перспективы в плане разработки решений для пациентов, страдающих от мышечного паралича», – отметил Хью Герр, который возглавляет исследовательскую группу и команду биомехатроники Медиа-лаборатории.


Статья была опубликована в одном из номеров журнала Nature Communications, вышедшем 13 декабря. В состав научной группы вошли Бенджамин Э. Маймон, Хюнген Сонг и Маурицио Диас, являющиеся исследователями MIT.


Электростимуляция нервов используется в медицине для лечения дыхания, кишечника, мочевого пузыря и сексуальной дисфункции у пациентов с повреждениями спинного мозга, а также для улучшения состояния мышечного каркаса у людей с дегенеративными заболеваниями мышц.


Электростимуляция может также помочь в управлении парализованными конечностями или протезами. Во всех случаях электрические импульсы, которые доставляются к нервным волокнам, называемым аксонами, приводят мышцы в движение.


Этот тип электростимуляции быстро утомляет мышцы, может вызвать болевые ощущения и зачастую имеет низкую точность, поэтому ведущие ученые, такие как Шринивасан и Маймон, ищут альтернативные методы нервной стимуляции.


Оптогенетическая стимуляция опирается на нервы, которые были генетически спроектированы для экспрессии светочувствительных водорослеобразных белков, называемых опсинами. Эти белки управляют электрическими сигналами, такими как нервные импульсы, по сути, включая и выключая их, когда они подвергаются воздействию определенной длины волны света.


Используя мышей и крыс, которые были специально подготовлены для экспрессии этих опсинов в двух ключевых нервах ноги, исследователи смогли управлять движениями их голеностопного сустава, поднимая и опуская его. Для этого они использовали светодиод, который был либо прикреплен к коже, либо имплантирован в ноги грызунов.


Исследователи утверждают, что впервые для питания конечности использовалась оптогенетическая система с «замкнутым контуром». Она позволяет изменять стимуляцию в ответ на сигналы от нервов, которые активируются ими. Системы с «разомкнутым циклом» не реагируют на обратную связь от тела.


В случае с грызунами, различные сигналы, включая угол голеностопного сустава и изменения длины мышечных волокон, являлись обратной связью, используемой для управления движениями тела. Эта система, по словам Шринивасан, способна в реальном времени наблюдать и минимизировать ошибки между тем, что мы хотим получить, и тем, что происходит на самом деле.


Подпишитесь на нас в Telegram, если хотите знать больше

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Ещё
load