Een materiaalwetenschapper van Johns Hopkins en een team van medewerkers hebben een klein apparaatje ontwikkeld dat veelbelovend kan zijn voor het herstellen van de mobiliteit van mensen met verlamming van de onderste ledematen, een aandoening die ongeveer 1,4 miljoen Amerikanen treft.

Het nieuwe apparaat, een wervelkolomstimulator, kan via een eenvoudige injectie onder de plaats van het letsel worden geplaatst, waardoor het zich onderscheidt van conventionele stimulators, die omvangrijk zijn en verder van de zenuwen moeten worden geplaatst die de beenbewegingen controleren.

"Het concept achter ruggengraatstimulatoren is hun vermogen om gewonde gebieden te omzeilen, door essentiële motorische commando's van de hersenen naar het ruggengraatgebied te sturen dat verantwoordelijk is voor beenbewegingen. Onze innovatieve aanpak richt zich op een belangrijke uitdaging waarmee veel bestaande wervelkolomstimulatortechnologieën worden geconfronteerd:het bereiken van nauwkeurige stimulatie en minimale invasiviteit", zegt lid Dinchang Lin, assistent-professor aan de Whiting School of Engineering's Department of Materials Science and Engineering en kernonderzoeker aan het Johns Hopkins Institute for NanoBioTechnology.

De resultaten van het team worden gepubliceerd in Nano Letters .

Conventionele spinale stimulatoren worden geïmplanteerd op het dorsale oppervlak van het ruggenmerg (naar de rug van de persoon gericht) of rechtstreeks in het wervelweefsel. Volgens Lin is geen van beide strategie ideaal:de eerste brengt het vermogen van het implantaat in gevaar om zich nauwkeurig op belangrijke zenuwen te richten, en de laatste veroorzaakt niet alleen schade aan het weefsel tijdens implantatiechirurgie, maar roept ook biocompatibiliteitsproblemen op.

Het team van Lin identificeerde eerst een nieuwe plaats voor stimulatie:het ventrolaterale epidurale oppervlak, dat zeer dicht bij cruciale motorneuronen in het ruggenmerg ligt en zonder operatie toegankelijk is. Vervolgens ontwierpen ze een ultraflexibel en rekbaar apparaat op nanoschaal dat via een kleine injector en een eenvoudige spuitpomp kan worden ingebracht.

"Door deze nieuwe technologie toe te passen in een muismodel, hebben we beenbewegingen opgeroepen met behulp van een elektrische stroom die bijna twee ordes van grootte lager was dan die gebruikt bij traditionele dorsale stimulatie. Onze stimulator maakte niet alleen een breder scala aan bewegingen mogelijk, maar stelde ons ook in staat de elektrode te programmeren array's stimulatiepatroon, wat resulteerde in meer ingewikkelde en natuurlijke beenbewegingen die doen denken aan stappen, schoppen en zwaaien", zegt Lin, die leiding gaf aan het ontwerp en de selectie van de steigermaterialen van het team, die waren aangepast om optimale mechanische eigenschappen en lange levensduur te bereiken. termijn biocompatibiliteit.

De onderzoekers hopen dat deze technologie – als deze uiteindelijk veilig en effectief blijkt te zijn voor gebruik bij mensen – op een dag kan helpen de beenfunctie te herstellen bij mensen met ruggenmergletsel of neuromotorische ziekten. Ze geloven ook dat hun implantatiemethode met een lage invasiviteit deze voor meer mensen toegankelijk zou kunnen maken.

"Deze technologie zou de kwaliteit van het leven van veel patiënten aanzienlijk kunnen verbeteren, de kosten van persoonlijke verzorging kunnen verlagen en hen kunnen helpen hun zelfvertrouwen en waardigheid terug te winnen", aldus Lin.

Teamleden zijn van plan verder te werken aan het apparaat met het oog op eventuele klinische proeven op mensen.

Meer informatie: Dingchang Lin et al., Injecteerbare ventrale wervelkolomstimulator roept programmeerbare en biomimetische beweging van de achterpoten op, Nanoletters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01806

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door Johns Hopkins Universiteit