ロボット神経「カフ」、一連の神経症状処置に有用

May, 15, 2024, Cambridge--ロボット神経の「カフ」は、様々な神経疾患の治療に役立つ可能性がある。
ケンブリッジ大学の研究者らは、フレキシブルエレクトロニクスとソフトロボティクス技術を組み合わせて、テンカンや慢性疼痛などの様々な疾患の診断と治療、または義肢の制御に使用できるデバイスを開発した。

末梢神経(脳と脊髄をつなぐ43対の運動神経と感覚神経)とインタフェースするための現在のツールは、時代遅れでかさばり、神経損傷のリスクが高い。しかし、ケンブリッジ大学のチームが開発したロボット神経の「カフ」は、繊細な神経線維をつかんだり、包み込んだりしても、損傷を与えることなく十分な感度を持っている。

ラットの神経カフの試験では、この装置はわずかな電圧で制御された方法で形状を変化させ、外科的縫合糸や接着剤を必要とせずに神経の周囲に自己閉鎖ループを形成することが示された。

研究チームによると、ソフト電気アクチュエータとニューロテックの組み合わせが、様々な神経疾患の低侵襲モニタリングと治療に対する答えになる可能性がある。この研究成果は、Nature Materials誌に掲載されている。

電気神経インプラントは、標的神経の信号を刺激または遮断するために使用できる。例えば、痛みの信号を遮断して痛みを和らげたり、神経に電気信号を送ることで麻痺した手足の動きを回復させたりすることができる。神経モニタリングは、脊髄の近くなど、神経線維が高濃度に含まれている体の領域で手術する場合にも標準的な外科的処置である。

これらのインプラントは、神経線維への直接アクセスを可能にするが、一定のリスクを伴う。「神経インプラントは神経損傷のリスクが高くなる。神経は小さくてデリケートなので、電極のような大きなものを神経に接触させると、神経に危険が及ぶ」と、研究リーダー、ケンブリッジ大学工学部、George Malliaras教授は説明している。

「神経を包み込む神経カフは、現在入手可能な最も侵襲性の低いインプラントだが、それにもかかわらず、インプラントが大きすぎて硬く、埋込みが難しく、重要な取り扱いが必要で、神経に外傷を与える可能性がある」と、共著者でケンブリッジ大学臨床神経科学科のDr Damiano Baroneはコメントしている。

研究チームは、ソフトロボティクスで通常使用される導電性ポリマーから作られた新しいタイプの神経カフを設計した。極薄の袖口は2層構造。わずか数百mVの微量の電気を印加すると、デバイスが膨張または収縮する。

カフは十分に小さいので、針状に丸めて標的神経の近くに注射することが可能。電気的に作動すると、カフの形状が変化して神経を包み込み、神経活動を監視または変更することができる。

「これらのデバイスを体内で安全に使用するために、作動に必要な電圧を非常に低い値に下げることに成功した。さらに重要なことは、これらのカフが両方向に形状を変え、再プログラムできること。つまり、外科医は、神経の記録と刺激に最良の結果が得られるまで、デバイスが神経の周りにどれだけしっかりとフィットするかを調整することができる」と、論文の筆頭著者、Dr.Chaoqun Dongは説明している。

ラットでの試験では、カフは手術なしでうまく設置でき、標的神経の周囲に自己閉鎖ループを形成することが示された。チームは、動物モデルでのさらなる試験を計画しており、今後数年以内にヒトでの試験を開始することを考えている。

「このアプローチを用いることで、痛み、視覚、聴覚をコントロールする神経など、開腹手術では到達しにくい神経に到達可能だが、脳内に何も埋め込む必要はない。このカフを神経に巻き込むように配置できるため、外科医にとってはるかに簡単な手術になり、患者にとってのリスクも少なくなる」(Barone)。

「電気的活性化によって形状を変化させることができるインプラントを作製できることは、高度に標的を絞った治療のための将来の様々な可能性を開く。将来的には、体内や脳にさえも埋め込むことができるインプラントができるようになるかも知れない。将来、技術を使って患者に利益をもたらすことができるという夢を抱かせてくれる」(Malliaras)。