研究人員開發了一種新型的神經植入物，可以恢復截肢者和其他失去手臂或腿部的人的肢體功能。

在對大鼠進行的一項研究中，劍橋大學的研究人員使用該設備來改善大腦與癱瘓肢體之間的聯系。該設備結合了柔性電子設備和人類干細胞 - 身體的“可重新編程”主細胞 - 以更好地與神經和驅動肢體功能整合。

以前使用神經植入物恢復肢體功能的嘗試大多失敗，因為隨著時間的推移，電極周圍往往會形成疤痕組織，阻礙裝置和神經之間的連接。通過將一層從干細胞重新編程的肌肉細胞夾在電極和活組織之間，研究人員發現該裝置與宿主的身體和防止了疤痕組織的形成.在28天的實驗期間，細胞在電極上存活，這是次在這么長時間內監測。

研究人員說，通過結合兩種先進的神經再生療法– 細胞療法和生物電子學 – 進入單個設備，它們可以克服兩種方法的缺點，提高功能和靈敏度。

雖然在用于人類之前需要進行廣泛的研究和測試，但該設備是一種截肢者或肢體功能喪失者有希望的發展.結果在期刊上報告科學進展.

在試圖逆轉導致肢體喪失或肢體功能喪失的損傷時，一個巨大的挑戰是神經元無法再生和重建被破壞的神經回路。

“例如，如果有人截肢了手臂或腿，即使肢體消失了，神經系統中的所有信號仍然存在，”他說。達米亞諾·巴羅內博士來自劍橋臨床神經科學系，他共同領導了這項研究。“整合假肢或恢復手臂或腿部功能的挑戰是從神經中提取信息并將其傳遞到肢體，以便恢復功能。

解決這個問題的一種方法是在肩膀的大肌肉中植入神經并在其上連接電極。這種方法的問題是電極周圍形成疤痕組織，而且只能從電極中提取表面水平的信息。

為了獲得更好的分辨率，任何用于恢復功能的植入物都需要從電極中提取更多信息。為了提高靈敏度，研究人員希望設計出可以在單個神經纖維或軸突規模上工作的東西。

“軸突本身有一個很小的電壓，”Barone說。“但是一旦它與具有更高電壓的肌肉細胞連接，來自肌肉細胞的信號就更容易提取。這就是你可以提高植入物靈敏度的地方。

研究人員設計了一種生物相容性柔性電子設備，該器件是薄到足以附著在神經末端.然后將一層干細胞重新編程為肌肉細胞，放置在電極上。這是這種類型的干細胞，稱為誘導多能干細胞，以這種方式用于生物體。

“這些細胞給了我們很大程度的控制，”Barone說。“我們可以告訴他們如何表現，并在整個實驗過程中檢查他們。通過將細胞放在電子設備和活體之間，身體看不到電極，它只看到細胞，因此不會產生疤痕組織。

劍橋生物混合裝置被植入大鼠癱瘓的前臂。干細胞在植入前已轉化為肌肉細胞，與大鼠前臂的神經整合在一起。雖然大鼠的前臂沒有恢復運動，但該設備能夠從大腦中獲取控制運動的信號。如果連接到神經的其余部分或假肢，該設備可以幫助恢復運動。.

細胞層還通過提高分辨率并允許在生物體內進行長期監測來改善設備的功能。這些細胞在為期28天的實驗中幸存下來：這是細胞被證明可以在這種擴展實驗中存活下來。

研究人員說，他們的方法有與其他嘗試相比，截肢者恢復功能的多種優勢.除了易于集成和長期穩定性外，該設備還足夠小，只需進行鎖孔手術即可植入。其他用于截肢者功能恢復的神經接口技術需要復雜的患者特定皮質活動解釋與肌肉運動相關聯，而劍橋開發的設備是一種高度可擴展的解決方案，因為它使用“現成”細胞。

除了恢復失去肢體或四肢功能的人的功能的潛力外，研究人員表示，他們的設備還可用于通過與負責運動控制的特定軸突相互作用來控制假肢。

細胞層還通過提高分辨率并允許在生物體內進行長期監測來改善設備的功能。這些細胞在為期28天的實驗中幸存下來：這是細胞被證明可以在這種擴展實驗中存活下來。

研究人員說，他們的方法有與其他嘗試相比，截肢者恢復功能的多種優勢.除了易于集成和長期穩定性外，該設備還足夠小，只需進行鎖孔手術即可植入。其他用于截肢者功能恢復的神經接口技術需要復雜的患者特定皮質活動解釋與肌肉運動相關聯，而劍橋開發的設備是一種高度可擴展的解決方案，因為它使用“現成”細胞。

除了恢復失去肢體或四肢功能的人的功能的潛力外，研究人員表示，他們的設備還可用于通過與負責運動控制的特定軸突相互作用來控制假肢。