植入以更好地追踪神经损伤后大脑化学物质的变化

植入以更好地追踪神经损伤后大脑化学物质的变化

过去的研究表明,由于大脑中的一种化学信使,脊髓损伤后,你患上严重偏头痛的几率会增加。

图片说明:植入式传感器具有跟踪已知在某些脑疾病和脊髓损伤后升高的脑化学物质的速度和精度。(普渡大学图片/Tran Nguyen)

为了使治疗变得更好,研究人员需要捕捉到分裂的第二个尖峰,并密切跟踪它的破坏路径。

普渡大学的工程师们已经制造了一种微型的、灵活的传感器,它比过去追踪这种叫做谷氨酸盐的化学物质的尝试更快、更精确。该传感器是一种可植入脊髓的装置,主要是一种在动物模型中进行测试的研究工具,但可以在未来的临床应用中作为一种监测神经损伤或脑疾病药物是否有效的方法。

该小组的工作发表在即将出版的一期《生物传感器和生物电子学》上。

“当你感觉发烧时,检查体温无所谓,几个小时内可能都是一样的。但谷氨酰胺的峰值如此之快,以至于如果你当时没有捕捉到它,你就错过了获取数据的整个机会,”普渡大学基础医学科学系、兽医学院和韦尔登生物医学工程学院的神经科学和生物医学工程教授Riyi Shi说。

碰撞,如车祸或足球中的滑车,会损伤脊髓,也会损伤运输谷氨酸的神经结构,谷氨酸会发送信号,刺激神经组织,以执行诸如学习和记忆等功能。

受损的神经结构意味着大量的谷氨酸盐泄漏到细胞外的空间,过度刺激并破坏细胞。包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的脑部疾病也显示出谷氨酸水平的升高。

到目前为止,设备要么没有足够的灵敏度来检测谷氨酸盐,要么没有足够的速度来捕捉它的峰值,要么还没有足够的价格来进行长期的研究项目。

普渡大学的研究人员正在通过植入式传感器来解决这些问题,这些传感器具有3D打印和激光微加工工艺,这些工艺已经在实验室和工业中经常使用。YouTube视频可从https://youtu.be/hyn9sm1wdz0获取。

植入以更好地追踪神经损伤后大脑化学物质的变化图片说明:动物模型中植入的新传感器技术可以帮助研究人员了解脑化学谷氨酸在神经损伤中的作用,建议进行更专业的治疗。(普渡大学图片/Tran Nguyen)

普渡大学生物医学工程助理教授Hugh Lee专注于植入式微技术,他说:“我们希望创造一种低成本、非常快速的方法来构建这些传感器,以便我们能够为研究人员提供一种测量体内谷氨酸水平的方法。”

这项技术使研究人员能够快速改变传感器的尺寸、形状和方向,然后在动物模型中进行测试,而无需经历更昂贵的微加工过程。

体内水平的测量将有助于研究人员研究脊髓损伤是如何发生的,以及大脑疾病是如何发展的。

“偏头痛有多严重?太多的谷氨酸真的是疼痛背后的原因,还是清理谷氨酸的系统已经关闭了?施说。

研究人员将该装置植入动物模型的脊髓中,然后损伤脊髓观察尖峰。该装置立即捕捉到了尖峰信号,而对于目前的装置,研究人员在损坏脊髓后必须等待30分钟才能获得数据。

在未来,研究人员计划为生物传感器创造一种自我清除炎症细胞的方法,这种炎症细胞是人体招募来保护自身的。这些细胞通常在生物传感器周围形成一个纤维囊,从而阻止其敏感性。

这项技术还可以允许沿着脊髓植入更多的传感器,这将有助于研究人员了解谷氨酸的扩散范围和速度。

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