척수 손상 치료에 새로운 접근법을 제시하는 '랩어라운드(Wraparound)' 임플 란트

척수 주위를 감싸는 작고 유연한 전자 장치는 심각한 장애와 마비를 유발할 수 있는 척추 부상 치료에 대한 새로운 접근 방식을 나타낼 수 있습니다.

케임브리지 대학의 엔지니어, 신경과학자, 외과의사 팀은 이 장치를 개발하고 이를 사용하여 뇌와 척수 사이를 오가는 신경 신호를 기록했습니다. 현재 접근 방식과 달리 Cambridge 장치는 360도 정보를 기록하여 척수 활동에 대한 완전한 그림을 제공할 수 있습니다.

살아있는 동물과 인간 시체 모델을 대상으로 한 테스트에서 이 장치는 사지 움직임을 자극하고 뇌와 척수 사이의 통신이 완전히 중단된 완전한 척수 손상을 우회할 수 있는 것으로 나타났습니다.

척추 부상을 치료하는 가장 최근의 접근법에는 전극으로 척수를 뚫는 것과 뇌에 임플란트를 삽입하는 것이 포함되는데, 둘 다 고위험 수술입니다. 케임브리지에서 개발한 장치는 뇌 수술 없이도 척추 부상을 치료할 수 있어 환자에게 훨씬 더 안전할 것입니다.

이러한 치료법은 아직 수년 이상 남았지만 연구원들은 이 장치가 수술 중 척수 활동을 모니터링하는 데 단기적으로 유용할 수 있다고 말합니다. 연구하기 어려운 척수에 대한 더 나은 이해는 만성 통증, 염증 및 고혈압을 포함한 다양한 질환에 대한 치료법 개선으로 이어질 수 있습니다. 결과는 저널에 보고됩니다. 과학 발전.

이번 연구를 공동 주도한 공과대학 조지 말리아라스(George Malliaras) 교수는 “척수는 신경 자극의 형태로 정보를 뇌로 전달하는 고속도로와 같다”고 말했다. “척수 손상으로 인해 교통이 중단되고 감각 및 운동 기능의 돌이킬 수 없는 손실을 포함한 심각한 장애가 발생합니다.”

척수로 들어오고 나가는 신호를 모니터링하는 능력은 척수 손상 치료법 개발에 큰 도움이 될 수 있으며, 가까운 시일 내에 수술 중 척수를 더 잘 모니터링하는 데에도 유용할 수 있습니다.

연구를 공동 주도한 임상 신경과학부의 Damiano Barone 박사는 “척수를 모니터링하거나 자극하는 대부분의 기술은 척수의 등쪽 부분에 있는 운동 뉴런과만 상호 작용합니다.”라고 말했습니다. “이러한 접근법은 척추의 20~30%에만 도달할 수 있으므로 불완전한 그림을 얻게 됩니다.”

연구진은 마이크로 전자 공학에서 영감을 받아 척수 둘레에 매우 얇고 고해상도의 임플란트를 감아 전체 척추에서 정보를 얻는 방법을 개발했습니다. 척수의 안전한 360도 기록이 가능해진 것은 이번이 처음입니다. 360도 모니터링을 위한 초기 접근 방식은 척추를 관통하는 전극을 사용하므로 척추 부상을 초래할 수 있습니다.

케임브리지에서 개발한 생체적합성 장치는 두께가 수백만 분의 1미터에 불과하며 고급 사진석판술과 박막 증착 기술을 사용하여 제작되었으며 작동하는 데 최소한의 전력이 필요합니다.

이 장치는 척수의 축삭, 즉 신경 섬유를 통해 이동하는 신호를 차단하여 신호를 기록할 수 있습니다. 장치가 얇다는 것은 척수 자체를 관통하지 않기 때문에 신경에 손상을 주지 않고 신호를 기록할 수 있다는 것을 의미합니다.

Malliaras는 “이전에는 이런 방식으로 척추 임플란트를 만든 적이 없었고 척추 주위에 안전하고 성공적으로 배치할 수 있는지 확실하지 않았기 때문에 어려운 과정이었습니다.”라고 말했습니다. “그러나 최근 공학과 신경외과의 발전으로 인해 행성들이 정렬되었고 우리는 이 중요한 분야에서 큰 진전을 이루었습니다.”

이 장치는 일상적인 수술 절차에 적응하여 이식되었으므로 척수를 손상시키지 않고 척수 아래로 밀어 넣을 수 있습니다. 쥐 모델을 사용한 테스트에서 연구원들은 사지 움직임을 자극하는 장치를 성공적으로 사용했습니다. 장치의 대기 시간은 매우 낮았습니다. 즉, 반응 시간이 인간의 반사 움직임에 가깝습니다. 인간 시체 모델에 대한 추가 테스트에서는 장치가 인간에게 성공적으로 배치될 수 있음이 나타났습니다.

연구원들은 그들의 접근 방식이 미래에 척추 부상을 치료하는 방법을 바꿀 수 있다고 말합니다. 현재 척추 부상을 치료하려는 시도에는 뇌와 척추 임플란트가 모두 포함되지만 케임브리지 연구진은 뇌 임플란트가 필요하지 않을 수도 있다고 말합니다.

“누군가 척추 부상을 입었다면 뇌는 괜찮지만 연결이 중단된 것입니다.”라고 Barone은 말했습니다. “외과 의사로서 당신은 문제가 있는 곳으로 가고 싶어하므로 척추 수술 위에 뇌 수술을 추가하면 환자의 위험이 증가할 뿐입니다. 우리는 훨씬 덜 침습적인 방법으로 척수에서 필요한 모든 정보를 수집할 수 있습니다. 따라서 이것은 척추 부상을 치료하는 데 훨씬 더 안전한 접근 방식이 될 것입니다.”

척추 부상에 대한 치료는 아직 수년이 걸릴 수 있지만, 가까운 시일 내에 이 장치는 연구자와 외과 의사가 비침습적 방식으로 중요하지만 아직 연구가 덜 된 인체 해부학의 일부에 대해 더 많이 배우는 데 유용할 수 있습니다. 케임브리지 연구원들은 현재 수술 중 척수의 신경 활동을 모니터링하기 위해 장치를 사용할 계획입니다.

Barone은 “척수는 매우 섬세하고 복잡하기 때문에 인간의 척수 전체를 직접적으로 연구하는 것은 거의 불가능합니다.”라고 말했습니다. “수술 중 모니터링은 척수를 손상시키지 않고 척수를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것이며, 이는 결국 만성 통증, 고혈압 또는 염증과 같은 질환에 대한 더 나은 치료법을 개발하는 데 도움이 될 것입니다. 이 접근법은 환자를 도울 수 있는 엄청난 잠재력을 보여줍니다.”

이 연구는 영국 왕립외과학회(Royal College of Surgeons), 의과대학(Academy of Medical Sciences), 영국 보건교육원(Health Education England), 국립보건연구소(National Institute for Health Research), 영국 연구혁신(UKRI)의 일부인 EPSRC(Engineering and Physical Sciences Research Council)의 일부 지원을 받았습니다. ).

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240508140647.htm