Idegtechnika - Neural engineering

A többi felhasználásról lásd: Neurokibernetika .

A neurális mérnökség (más néven neuroengineering ) az orvostudományi mérnöki tudományág , amely mérnöki technikákat alkalmaz az idegrendszerek megértésére, javítására, cseréjére vagy fejlesztésére. A neurális mérnökök egyedülálló képesítéssel rendelkeznek az élő idegszövetek és a nem élő konstrukciók határfelületén kialakuló tervezési problémák megoldására ( Hetling, 2008 ).

Áttekintés

Az idegmérnöki terület a számítástechnikai idegtudomány , a kísérleti idegtudomány, a klinikai neurológia , az elektrotechnika és az élő idegszövetek jelfeldolgozásának területére támaszkodik, és magában foglalja a robotika , a kibernetika , a számítástechnika , az idegszövet -technika , az anyagtudomány és a nanotechnológia elemeit .

A területen kiemelt célok közé tartozik az emberi funkció helyreállítása és növelése az idegrendszer és a mesterséges eszközök közötti közvetlen kölcsönhatások révén .

A jelenlegi kutatások nagy része az érzékszervi és motoros rendszerekben található információk kódolásának és feldolgozásának megértésére összpontosít , számszerűsíti, hogyan változik ez a feldolgozás a kóros állapotban, és hogyan manipulálható a mesterséges eszközökkel való interakció révén, beleértve az agy -számítógép interfészeket és a neuroprotetikumokat .

Más kutatások inkább a kísérleti vizsgálatra összpontosítanak, beleértve a külső technológiához kapcsolódó idegi implantátumok használatát .

A neurohidrodinamika a neurális mérnöki részleg, amely a neurológiai rendszer hidrodinamikájára összpontosít .

Történelem

Mivel a neurális mérnökség viszonylag új terület, az ezzel kapcsolatos információk és kutatások viszonylag korlátozottak, bár ez gyorsan változik. Az első kifejezetten idegmérnöki szaklapok, a The Journal of Neural Engineering és a The Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation egyaránt 2004 -ben jelentek meg. Az IEEE 2003 óta, 2009. április 29 -től május 2 -ig Antalyában tart nemzetközi konferenciákat a neurális mérnökségről, Törökország 4. konferenciája a neurális mérnöki munkákról, az ötödik nemzetközi IEEE EMBS konferencia a neurális mérnökségről 2011. áprilisban/májusban Cancúnban , Mexikóban és a 6. konferencia San Diegóban , Kaliforniában 2013. novemberében. A 7. konferenciát 2015 áprilisában tartották Montpellier -ben . A 8. konferenciát 2017 májusában tartották Sanghajban .

Alapok

A neuroengineering alapjai közé tartozik az idegsejtek, az ideghálózatok és az idegrendszeri funkciók összekapcsolása a számszerűsíthető modellekkel, amelyek elősegítik az olyan eszközök kifejlesztését, amelyek képesek értelmezni és szabályozni a jeleket, és célirányos válaszokat produkálni.

Idegtudomány

Az üzeneteket, amelyeket a test a gondolatok, érzékszervek, mozgások és túlélés befolyásolására használ, az idegimpulzusok irányítják az agyszöveten és a test többi részén. A neuronok az idegrendszer alapvető funkcionális egységei, és magasan specializált sejtek, amelyek képesek ezeket a jeleket küldeni, amelyek magas és alacsony szintű funkciókat működtetnek a túléléshez és az életminőséghez. A neuronok különleges elektrokémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra az információ feldolgozását, majd az információ továbbítását más sejtekhez. A neuronok aktivitása függ az idegi membrán potenciáljától és a mentén és azon keresztül bekövetkező változásoktól. Az állandó feszültséget, amelyet membránpotenciálnak neveznek , rendszerint bizonyos ionkoncentrációk tartják fenn a neuronális membránokon. Ennek a feszültségnek a megzavarása vagy ingadozása egyensúlyhiányt vagy polarizációt okoz a membránon. A membrán depolarizációja a küszöbpotenciálon túl akciópotenciált generál, amely a jelátvitel fő forrása , az idegrendszer neurotranszmissziójaként ismert . Az akciós potenciál az ionáramlás kaszkádját eredményezi lefelé és egy axonális membránon keresztül, ami hatékony feszültségcsúcsot vagy "elektromos jelet" hoz létre, amely további elektromos változásokat továbbíthat más cellákban. A jelek elektromos, kémiai, mágneses, optikai és egyéb ingerek által generálhatók, amelyek befolyásolják a töltések áramlását, és ezáltal az idegi membránok feszültségi szintjét (He 2005).

Mérnöki

A mérnökök kvantitatív eszközöket alkalmaznak, amelyek felhasználhatók a bonyolult idegrendszerek megértéséhez és interakciójához. Az extracelluláris mező potenciáljáért és a szinaptikus átvitelért felelős kémiai, elektromos, mágneses és optikai jelek tanulmányozásának és előállításának módszerei az idegszövetben segítő kutatók az idegrendszeri aktivitás modulálásában (Babb et al. 2008). Az idegrendszeri tevékenység tulajdonságainak megértéséhez a mérnökök jelfeldolgozási technikákat és számítási modellezést alkalmaznak (Eliasmith & Anderson 2003). Ezeknek a jeleknek a feldolgozásához az idegmérnököknek az idegmembránok feszültségeit megfelelő kódra kell lefordítaniuk, ezt a folyamatot neurális kódolásnak nevezik. Idegkódoló tanulmányok arról, hogyan kódolja az agy az egyszerű parancsokat központi mintagenerátorok (CPG), mozgásvektorok, kisagyi belső modell és szomatotopikus térképek formájában, hogy megértsék a mozgást és az érzékszervi jelenségeket. Ezen jelek dekódolása az idegtudomány területén az a folyamat, amellyel az idegsejtek megértik a számukra továbbított feszültségeket. A transzformációk magukban foglalják azokat a mechanizmusokat, amelyek egy bizonyos forma jeleit értelmezik, majd más formába fordítják. A mérnökök matematikailag modellezik ezeket az átalakításokat (Eliasmith & Anderson 2003). A feszültségjelek rögzítésére sokféle módszert használnak. Ezek lehetnek intracellulárisak vagy extracellulárisak. Az extracelluláris módszerek egyegységes felvételeket, extracelluláris mezőpotenciálokat és amperometriát foglalnak magukban ; újabban multielektródás tömböket használnak a jelek rögzítésére és utánozására.

Hatály

Neuromechanika

A neuromechanika a neurobiológia, a biomechanika, az érzékelés és érzékelés, valamint a robotika összekapcsolása (Edwards 2010). A kutatók fejlett technikákat és modelleket használnak az idegszövetek mechanikai tulajdonságainak és azoknak a szövetek erő- és mozgásállóképességre, valamint a traumatikus terhelésnek való kitettségre gyakorolt ​​hatásának tanulmányozására (Laplaca & Prado 2010). Ez a kutatási terület az információ -átalakulások lefordítására összpontosít a neuromuszkuláris és csontvázrendszerek között, hogy kifejlessze e rendszerek működésével és szervezésével kapcsolatos funkciókat és szabályokat (Nishikawa et al. 2007). A neuromechanika szimulálható úgy, hogy idegi áramkörök számítási modelljeit összekapcsoljuk a virtuális fizikai világokban elhelyezkedő állati testek modelljeivel (Edwards 2010). A biomechanika kísérleti elemzését, beleértve a mozgások kinematikáját és dinamikáját, a mozgási folyamatok során a motoros és érzékszervi visszacsatolás folyamatát és mintáit, valamint a motorvezérlésért felelős agy áramkörét és szinaptikus szervezetét, jelenleg kutatják, hogy megértsék az állatok mozgásának összetettségét. . Dr. Michelle LaPlaca laboratóriuma a Georgia Institute of Technology -ban részt vesz a sejtkultúrák mechanikai nyújtásának, a sík sejtkultúrák nyírási deformációjának és a 3D sejteket tartalmazó mátrixok nyírási deformációjának vizsgálatában. Ezen folyamatok megértését olyan működő modellek kifejlesztése követi, amelyek zárt hurkú körülmények között képesek specifikusan meghatározott paraméterekkel jellemezni ezeket a rendszereket. A neuromechanika tanulmányozása célja a fiziológiai egészségügyi problémák kezelésének javítása, amely magában foglalja a protézisek tervezésének optimalizálását, a sérülés utáni mozgás helyreállítását, valamint a mobil robotok tervezését és vezérlését. A 3D hidrogél szerkezetek tanulmányozásával a kutatók azonosíthatják az idegsejtek mechanikai tulajdonságainak új modelljeit. Például LaPlaca et al. kifejlesztett egy új modellt, amely azt mutatja, hogy a törzs szerepet játszhat a sejttenyészetben (LaPlaca et al. 2005).

Neuromoduláció

A neuromoduláció célja a betegségek vagy sérülések kezelése olyan orvostechnikai eszközök alkalmazásával, amelyek fokozzák vagy elnyomják az idegrendszer aktivitását gyógyszerészeti anyagok, elektromos jelek vagy más energiastimulátorok bejuttatásával, hogy helyreállítsák az egyensúlyt az agy károsodott régióiban. Ezen a területen a kutatók szembesülnek azzal a kihívással, hogy az idegi jelek megértésében elért haladást összekapcsolják az ezen jeleket továbbító és elemző technológiák fejlődésével, fokozott érzékenységgel, biokompatibilitással és életképességgel az agy zárt hurkú rendszereiben, hogy új kezelések és klinikai alkalmazások jöhessenek létre a kezeléshez különböző idegkárosodásban szenvedők. A neuromodulátor eszközök korrigálhatják a Parkinson -kórhoz, dystoniához, remegéshez, Tourette -hez, krónikus fájdalomhoz, OCD -hez, súlyos depresszióhoz és végül epilepsziához kapcsolódó idegrendszeri diszfunkciót. A neuromoduláció vonzó a különböző hibák kezelésére, mivel csak az agy nagyon specifikus régióinak kezelésére összpontosít, szemben a szisztémás kezelésekével, amelyek mellékhatásokat okozhatnak a szervezetben. A neuromodulátor stimulátorok, mint például a mikroelektródák, stimulálhatják és rögzíthetik az agyműködést, és további fejlesztésekkel állíthatók és reagálhatnak a gyógyszerek és egyéb ingerek szállítóeszközeivé.

Ideggyógyulás és javítás

Az idegtechnika és a rehabilitáció az idegtudományt és a mérnöki tudományt alkalmazza a perifériás és központi idegrendszer működésének vizsgálatára, valamint az agykárosodás vagy működési zavar okozta problémák klinikai megoldásainak megtalálására. A neuroregenerációra alkalmazott mérnöki tudomány olyan eszközökre és anyagokra összpontosít, amelyek megkönnyítik az idegsejtek növekedését olyan speciális alkalmazásokhoz, mint a perifériás ideg sérülésének regenerálása, a gerincvelői szövetek regenerációja a gerincvelő sérülése esetén és a retina szöveteinek regenerálása. A géntechnológia és a szövettechnológia olyan területek, amelyeken a gerincvelő állványait fejlesztik, hogy azok újra növekedjenek, ezáltal segítve a neurológiai problémákat (Schmidt & Leach 2003).

Kutatás és alkalmazások

A neurális mérnöki kutatások eszközöket használnak az idegrendszer működésének és működési zavarainak tanulmányozására (Schmidt & Leach 2003).

Idegi képalkotás

Neuroimaging technikákat alkalmaznak az ideghálózatok aktivitásának, valamint az agy szerkezetének és működésének vizsgálatára. A neuroképes technológiák közé tartozik a funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI), a mágneses rezonancia képalkotás (MRI), a pozitron emissziós tomográfia (PET) és a számított axiális tomográfia (CAT). A funkcionális neuroképes vizsgálatok arra kíváncsiak, hogy az agy mely területei látnak el bizonyos feladatokat. Az fMRI az idegi aktivitással szorosan összefüggő hemodinamikai aktivitást méri. Arra szolgál, hogy az agy bizonyos régióiban lezajló anyagcsere -válaszokat egy adott feladathoz vagy ingerhez rendelje hozzá. A PET -et, a CT -szkennereket és az elektroencefalográfiát (EEG) jelenleg fejlesztik és hasonló célokra használják.

Neurális hálózatok

A tudósok a neuronális rendszerek kísérleti megfigyeléseivel és e rendszerek elméleti és számítási modelljeivel neurális hálózatokat hozhatnak létre azzal a reménnyel, hogy az idegrendszereket a lehető legrealisztikusabban modellezik. A neurális hálózatok elemzésekhez használhatók további neurotechnológiai eszközök tervezéséhez. Pontosabban, a kutatók analitikus vagy végeselemes modellezést végeznek, hogy meghatározzák a mozgások idegrendszeri irányítását, és ezeket a technikákat alkalmazzák az agysérülésekben vagy rendellenességekben szenvedő betegek megsegítésére. A mesterséges neurális hálózatok elméleti és számítási modellekből építhetők fel, és számítógépen valósíthatók meg elméleti eszközök egyenleteiből vagy a neuronális rendszerek megfigyelt viselkedésének kísérleti eredményeiből. A modellek képviselhetik az ionkoncentráció dinamikáját, a csatornakinetikát, a szinaptikus transzmissziót, az egyes neuronok számítását, az oxigén metabolizmusát vagy a dinamikus rendszerelmélet alkalmazását (LaPlaca et al. 2005). Folyadék alapú sablonszerelvényt használtak a 3D ideghálózatok megtervezésére neuronmagvakkal ellátott mikrohordozó gyöngyökből.

Idegi interfészek

A neurális interfészek fontos elemek, amelyeket az idegrendszerek tanulmányozására és az idegsejtek működésének fejlesztésére vagy helyettesítésére használnak. A mérnökök kihívást jelentenek olyan elektródák kifejlesztésével, amelyek szelektíven rögzíthetnek a kapcsolódó elektronikus áramkörökből, hogy információkat gyűjtsenek az idegrendszer aktivitásáról, és stimulálják az idegszövet meghatározott régióit, hogy helyreállítsák az adott szövet működését vagy érzetét (Cullen et al. 2011). Az ezekhez az eszközökhöz használt anyagoknak meg kell egyezniük az idegszövet mechanikai tulajdonságaival, amelyekbe helyezik őket, és fel kell mérni a károsodást. Az idegi interfész magában foglalja a biológiai anyagú állványok vagy krónikus elektródák ideiglenes regenerálódását, és kezelnie kell a szervezet idegen anyagokra adott válaszát. A mikroelektród tömbök a közelmúlt fejlesztései, amelyek felhasználhatók a neurális hálózatok tanulmányozására (Cullen & Pfister 2011). Az optikai neurális interfészek optikai felvételeket és optogenetikai stimulációt foglalnak magukban , ami az agysejteket fényérzékennyé teszi. Száloptikát lehet beültetni az agyba, hogy stimulálja és rögzítse ezt a foton aktivitást az elektródák helyett. A kétfoton gerjesztési mikroszkópia tanulmányozhatja az élő neuronális hálózatokat és a neuronok közötti kommunikációs eseményeket.

Agy -számítógép interfészek

Az agy -számítógép interfészek közvetlenül kommunikálni kívánnak az emberi idegrendszerrel az idegkörök megfigyelése és stimulálása, valamint a belső neurológiai diszfunkció diagnosztizálása és kezelése érdekében. A mély agyi stimuláció jelentős előrelépés ezen a területen, amely különösen hatékony olyan mozgászavarok kezelésében, mint a Parkinson -kór, az idegszövetek nagyfrekvenciás stimulációjával a remegés elnyomása érdekében (Lega et al. 2011).

Mikrorendszerek

Az idegi mikrorendszerek kifejleszthetők az elektromos, kémiai, mágneses és optikai jelek értelmezésére és továbbítására az idegszövetbe. Érzékelni tudják a membránpotenciál ingadozásait, és elektródák használatával, vagy a kémiai koncentrációk, a fluoreszcens fényintenzitás vagy a mágneses mező potenciáljának mérésével mérhetik az elektromos tulajdonságokat, például a tüskék populációját, amplitúdóját vagy sebességét. Ezeknek a rendszereknek a célja olyan jelek továbbítása, amelyek befolyásolnák az idegszövet potenciálját, és ezáltal az agyszövetet a kívánt válasz kiváltására ösztönzik (He 2005).

Mikroelektród tömbök

A mikroelektróda -tömbök speciális eszközök, amelyekkel észlelhető az extracelluláris környezetben fellépő éles feszültségváltozások, amelyek az akciós potenciál axonon belüli terjedéséből adódnak. Dr. Mark Allen és Dr. LaPlaca citokompatibilis anyagokból, például SU-8 és SLA polimerekből készült, mikrogyártású 3D elektródákkal rendelkezik, amelyek olyan in vitro és in vivo mikroelektróda-rendszerek kifejlesztéséhez vezettek, amelyek megfelelnek a rugalmasságnak, és minimalizálják a szövetek károsodását .

Idegi protézisek

A neuroprotetikumok olyan eszközök, amelyek képesek az idegrendszer hiányzó funkcióinak kiegészítésére vagy pótlására az idegrendszer stimulálásával és tevékenységének rögzítésével. Az idegek tüzelését mérő elektródák integrálhatók protetikai eszközökkel, és jelezhetik, hogy elvégezzék az átvitt jel által előírt funkciót. Az érzékszervi protézisek mesterséges érzékelőket használnak a biológiai forrásokból hiányzó idegi bemenetek pótlására (He 2005). Az ezen eszközöket kutató mérnökök feladata, hogy krónikus, biztonságos, mesterséges felületet biztosítsanak az idegszövetekkel. Az érzékszervi protézisek közül talán a legsikeresebb a cochleáris implantátum, amely helyreállította a siketek hallóképességét. A vakok vizuális képességeinek helyreállítására szolgáló vizuális protézis még elemi fejlődési szakaszban van. A motoros protézisek olyan eszközök, amelyek a biológiai idegi izomrendszer elektromos stimulációjával foglalkoznak, és helyettesíthetik az agy vagy a gerincvelő vezérlő mechanizmusait. Az intelligens protéziseket úgy lehet megtervezni, hogy pótolják a hiányzó végtagokat, amelyeket neurális jelek vezérelnek, úgy, hogy idegeket ültetnek át az amputált csonkból az izmokba. Az érzékszervi protézisek érzékszervi visszacsatolást biztosítanak azáltal, hogy a perifériáról érkező mechanikai ingereket az idegrendszer által hozzáférhető kódolt információkká alakítják át. A bőrre helyezett elektródák képesek értelmezni a jeleket, majd irányítani a protézist. Ezek a protézisek nagyon sikeresek voltak. A funkcionális elektromos stimuláció (FES) egy olyan rendszer, amelynek célja a motoros folyamatok, például az állás, a gyaloglás és a kézfogás helyreállítása.

Neurorobotika

A neurorobotika azt vizsgálja, hogyan lehet az idegrendszereket megtestesíteni és a mozgásokat emulálni mechanikus gépekben. A neurorobotokat általában a motorvezérlés és mozgás, a tanulás és a memória kiválasztása, valamint az értékrendszerek és a cselekvések kiválasztására használják. A neurorobotok valós környezetben történő tanulmányozásával könnyebben megfigyelhetők és értékelhetők, hogy leírják a robot működésének heurisztikáját a beágyazott idegrendszerei és e rendszerek környezetre adott reakciói alapján (Krichmar 2008). Például az epilepsziás tüskehullám-dinamika számítási modelljét felhasználva már bebizonyosodott a rohamcsökkentés szimulálására szolgáló módszer hatékonysága pszeudospektrális protokollon keresztül. A számítási modell az idiopátiás generalizált epilepsziában szenvedő páciens mágneses képalkotó rezonanciájának segítségével emulálja az agy kapcsolatát. A módszer képes volt olyan ingereket generálni, amelyek csökkenthetik a rohamokat.

Az idegszövet regenerálása

Az idegszövet regenerációja vagy a neuroregeneráció célja, hogy helyreállítsa azoknak az idegsejteknek a működését, amelyek megsérültek kisebb sérüléseknél és nagyobb sérüléseknél, mint például a traumás agyi sérülés. A sérült idegek funkcionális helyreállítása magában foglalja az axonok regenerálásának folyamatos útvonalának helyreállítását az innerváció helyére. Az olyan kutatók, mint Dr. LaPlaca a Georgia Institute of Technology -ban, szövetsebészeti stratégiák alkalmazásával szeretnének segítséget nyújtani a traumás agy- és gerincvelő -sérülések utáni helyreállításhoz és regenerációhoz . Dr. LaPlaca olyan módszereket keres, amelyek az idegi őssejteket extracelluláris mátrixfehérje alapú állványokkal kombinálják a minimálisan invazív bejuttatáshoz a traumás sértés után kialakuló szabálytalan alakú elváltozásokba. Dr. LaPlaca laboratóriumának célja, hogy az idegi őssejtek in vitro tanulmányozásával és alternatív sejtforrások feltárásával, új biopolimerek tervezésével, amelyeket fel lehet használni az állványon, és megvizsgálja a sejt- vagy szövettervezett konstrukciót transzplantációkat in vivo traumás agy- és gerincvelő -sérülés modelljeiben. a sérülés utáni idegregeneráció optimális stratégiáinak azonosítása.

A klinikai kezelés jelenlegi megközelítései

A sérült idegvégződések sebészeti varrása a végétől a végéig kijavíthatja az apró hézagokat autológ ideg -átültetéssel. Nagyobb sérülések esetén a test egy másik helyéről begyűjtött autológ idegátültetés alkalmazható, bár ez a folyamat időigényes, költséges és két műtétet igényel (Schmidt & Leach 2003). A központi idegrendszer klinikai kezelése minimálisan elérhető, és elsősorban a sérülés vagy gyulladás helyéhez közeli csonttöredékek által okozott járulékos károsodás csökkentésére összpontosít. Miután a sérülések körüli duzzanat csökken, a betegek rehabilitáción esnek át, hogy a fennmaradó idegeket kiképezzék, hogy kompenzálják a sérült idegek idegfunkciójának hiányát. Jelenleg nincs kezelés a károsodott központi idegrendszer idegfunkciójának helyreállítására (Schmidt & Leach 2003).

Mérnöki stratégiák a javításhoz

A gerincvelő sérülésének helyreállítására irányuló mérnöki stratégiák arra összpontosítanak, hogy barátságos környezetet teremtsenek az idegek regenerálódásához. Klinikailag eddig csak a PNS idegkárosodás volt lehetséges, de a genetikai technikák és a bioanyagok kutatásának előrehaladása bizonyítja az SC idegek regenerálódásának lehetőségét a megengedett környezetben.

Graft

Az autológ szövetátültetések előnyei, hogy természetes anyagokból származnak, amelyek nagy valószínűséggel biokompatibilisek, miközben strukturális támogatást nyújtanak az idegek számára, amelyek elősegítik a sejtadhéziót és a migrációt (Schmidt & Leach 2003). A nem -szöveti szövetek, az acelluláris graftok és az extracelluláris mátrix alapú anyagok mind olyan lehetőségek, amelyek ideális állványokat is biztosíthatnak az idegek regenerálódásához . Néhányuk allogén vagy xenogén szövetekből származik, amelyeket immunszuppresszánsokkal kell kombinálni . míg mások közé tartoznak a vékonybél submucosa és a magzatszövet -graftok (Schmidt & Leach 2003). A szintetikus anyagok azért vonzóak, mert fizikai és kémiai tulajdonságaik jellemzően szabályozhatók. A szintetikus anyagok kihívása a biokompatibilitás (Schmidt & Leach 2003). A metil -cellulóz alapú konstrukciók biológiailag kompatibilis megoldásnak bizonyultak erre a célra (Tate et al. 2001). Az AxoGen az AVANCE sejtgraft -technológiát használja az emberi ideg utánzására. Kimutatták, hogy a perifériás ideg sérülésekben szenvedő betegek 87 százalékában értelmes felépülést ér el.

Idegvezetési csatornák

Az idegvezetési csatornák, az idegvezetési csatorna innovatív stratégiák, amelyek a nagyobb hibákra összpontosítanak, és csatornát biztosítanak a csírázó axonok számára, amelyek irányítják a növekedést és csökkentik a hegszövetből származó növekedés gátlását. Az idegvezető csatornákat könnyen a kívánt méretű, sterilizálható, szakadásálló, könnyen kezelhető és varrható csővé kell alakítani (Schmidt & Leach 2003). Ideális esetben idegek regenerálódásával idővel lebomlanak, hajlékonyak, féligáteresztőek, megőrzik alakjukat, és sima belső faluk van, amely utánozza az igazi ideget (Schmidt & Leach 2003).

Biomolekuláris terápiák

Erősen szabályozott adagolórendszerekre van szükség az idegi regeneráció elősegítéséhez . A neurotróf tényezők befolyásolhatják a fejlődést, a túlélést, a kinövést és az elágazást. A neurotropinok közé tartozik az ideg növekedési faktor (NGF), az agyból származó neurotróf faktor (BDNF), a neurotrophin-3 (NT-3) és a neurotrophin-4/5 (NT-4/5). További tényezők a ciliáris neurotróf faktor (CNTF), a gliális sejtvonalból származó növekedési faktor (GDNF) és a savas és bázikus fibroblaszt növekedési faktor (aFGF, bFGF), amelyek számos idegi választ elősegítenek. (Schmidt & Leach 2003) A fibronektint is igazoltan támogatja a TBI utáni idegregenerációt patkányokban (Tate et al. 2002). Más terápiák az idegek regenerálódását vizsgálják a regenerációhoz kapcsolódó gének (RAG -k), a neuronális citoszkeletális komponensek és az antiapoptózis faktorok felülszabályozásával . Az RAG-k közé tartozik a GAP-43 és a Cap-23, az adhéziós molekulák, például az L1 család , az NCAM és az N-kadherin (Schmidt & Leach 2003). Lehetőség van gátló biomolekulák blokkolására is a központi idegrendszerben a gliális hegesedés miatt. Néhány jelenleg vizsgált kezelés a kondroitináz ABC és az NgR, ADP-ribóz blokkolása (Schmidt & Leach 2003).

Szállítási technikák

A szállítóeszközöknek biokompatibilisnek és in vivo stabilnak kell lenniük. Néhány példa az ozmotikus szivattyúk, szilikon tartályok, polimer mátrixok és mikrogömbök. A génterápiás technikákat is tanulmányozták a növekedési faktorok hosszú távú termelésének biztosítására, és vírusos vagy nem vírusos vektorokkal, például lipoplexekkel szállíthatók. A sejtek hatékony szállítóeszközök az ECM komponensek, neurotróf tényezők és sejtadhéziós molekulák számára is. Az ideg regenerálódásának támogatására transzplantációként szagló befogósejteket (OEC) és őssejteket, valamint géntechnológiával módosított sejteket használtak (LaPlaca et al. 2005, Schmidt & Leach 2003, Tate et al. 2002).

Fejlett terápiák

A fejlett terápiák összetett irányítási csatornákat és több olyan ingert ötvöznek, amelyek a belső struktúrákra összpontosítanak, amelyek utánozzák az idegi architektúrát, és amelyek hosszirányban igazított szálak vagy csatornák belső mátrixait tartalmazzák. Ezeknek a szerkezeteknek a gyártásához számos technológia alkalmazható: mágneses polimer szálak igazítása, fröccsöntés, fázisszétválasztás, szilárd, szabad formájú gyártás és tintasugaras polimer nyomtatás (Schmidt & Leach 2003).

Idegfokozás

Az emberi idegrendszerek megnövelése vagy az emberi fejlesztés mérnöki technikák alkalmazásával a neuroengineering egy másik lehetséges alkalmazása. A mély agyi stimulációról már kimutatták, hogy fokozza a memória felidézését, amint azt a betegek, akik jelenleg használják ezt a kezelést neurológiai betegségek kezelésére. Az agyi stimulációs technikák feltételezése szerint képesek az érzelmek és személyiségek formálására, valamint a motiváció fokozására, a gátlások csökkentésére stb., Az egyén kérésére. Az ilyen típusú emberi kiegészítéssel kapcsolatos etikai kérdések új kérdések, amelyekkel az idegmérnököknek meg kell birkózniuk, amikor ezek a tanulmányok fejlődnek.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek