2022年6月30日

溶解式植入式装置无需药物即可缓解疼痛

西北大学领导的研究团队开发了一种小型、柔软、灵活的植入物，可以在不使用药物的情况下根据需要减轻疼痛。这种首创的设备可以为阿片类药物和其他高度成瘾性药物提供急需的替代品。

这种生物兼容的水溶性装置通过轻柔地包裹神经来提供精确的、有针对性的冷却，从而麻木神经并阻断向大脑传递的疼痛信号。外部泵使用户能够远程激活设备，然后增加或减少其强度。在不再需要该设备后，它会自然地吸收到体内，而不需要手术提取。

研究人员认为，这种设备对那些接受常规手术甚至截肢的患者最有价值，这些患者通常需要术后药物治疗。外科医生可以在手术过程中植入这种设备，以帮助控制患者的术后疼痛。

这项研究将发表在7月1日的杂志上科学．本文描述了该装置的设计，并在动物模型上证明了其有效性。

观察该设备在50天内慢慢溶解。该设备被分解成生物相容性组件，然后自然地被吸收到体内。来源:西北大学

“虽然阿片类药物非常有效，但它们也非常容易上瘾，”西北大学的约翰·a·罗杰斯(John A. Rogers)说，他领导了该设备的开发。“作为工程师，我们的动力来自于不用药物治疗疼痛的想法，这种方法可以立即启动和关闭，用户可以控制缓解的强度。这里报道的技术利用的机制与那些让你的手指在寒冷时感到麻木的机制有一些相似之处。我们的植入物可以以一种可编程的方式产生效果，直接和局部地作用于目标神经，甚至是周围软组织深处的神经。”

罗杰斯是生物电子学的先驱，是麦考密克工程学院和西北大学范伯格医学院材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的路易斯·辛普森和金伯利·奎雷教授。他也是Querrey Simpson生物电子学研究所的创始董事。罗杰斯实验室的前博士候选人乔纳森·里德(Jonathan Reeder)是这篇论文的第一作者。

它是如何工作的

虽然这种新设备听起来像是科幻小说，但它利用了一个大家都知道的简单而常见的概念:蒸发。类似于蒸发汗液冷却身体的方式，该设备包含一种液体冷却剂，它被诱导在感觉神经的特定位置蒸发。

该研究的合著者、圣路易斯华盛顿大学医学院的Matthew MacEwan博士说:“当你给神经降温时，在神经中传递的信号会变得越来越慢，最终完全停止。”“我们专门针对周围神经，它们将你的大脑和脊髓与身体的其他部分连接起来。这些神经负责传达包括疼痛在内的感官刺激。通过传递冷却效果只需要一两个目标神经，我们就可以有效地调节身体某个特定区域的疼痛信号。”

为了产生冷却效果，该装置包含微小的微流体通道。一个通道含有液体冷却剂(全氟戊烷)，该冷却剂已被临床批准用于超声造影剂和加压吸入器。第二个通道含有干氮，一种惰性气体。当液体和气体流入一个共用的腔室时，会发生使液体迅速蒸发的反应。同时，一个微小的集成传感器监测神经的温度，以确保它不会太冷，否则会导致组织损伤。

罗杰斯说:“过度冷却会损害神经及其周围脆弱的组织。”“因此，冷却的持续时间和温度必须精确控制。通过监测神经的温度，血流速率可以自动调节，以可逆、安全的方式阻止疼痛。正在进行的工作旨在确定整个过程完全可逆的时间和温度阈值。”

精密功率

虽然其他冷却疗法和神经阻滞剂已经经过了实验测试，但它们都有新设备克服的局限性。此前，研究人员已经探索了冷冻疗法，例如，用针注射。这些不精确的方法不是针对特定的神经，而是冷却大面积的组织，可能会导致不必要的影响，比如组织损伤和炎症。

西北大学这款微型设备最宽的地方只有5毫米宽。一端卷曲成一个袖口，轻轻包裹在单个神经上，不需要缝合。通过精确地针对受影响的神经，该设备避免了周围区域不必要的冷却，这可能会导致副作用。

MacEwan说:“你不想无意中冷却了其他与传递疼痛刺激的神经无关的神经或组织。”“例如，我们想要阻断疼痛信号，而不是控制运动功能和让你使用手的神经。”

之前的研究人员还探索了使用电刺激来抑制疼痛刺激的神经阻滞剂。这些也有局限性。

MacEwan说:“如果不先激活神经，就不能用电刺激关闭它。”“从患者的角度来看，这可能会导致额外的疼痛或肌肉收缩，这是不理想的。”

消失的行为

这项新技术是Rogers实验室的生物可吸收电子设备的第三个例子，该实验室在2012年引入了瞬态电子的概念，发表在科学．2018年，罗杰斯、麦克伊万及其同事展示了世界上第一个生物可吸收电子设备- a生物可降解植入这加速了神经再生，发表在自然医学。然后，在2021年，罗杰斯和同事们推出了一种临时起搏器，出版于自然生物技术。

这些设备的所有组件都是生物相容性的，在几天或几周的时间内就能被人体的生物体液自然吸收，而不需要手术提取。生物可吸收装置是完全无害的-类似于可吸收缝线。

在一张纸的厚度上，柔软、有弹性神经冷却装置是治疗高度敏感神经的理想选择。