中美科研人員通過在大鼠體內(nèi)植入光刺激裝置，讓尿頻、尿急的大鼠恢復(fù)了正常的膀胱功能。這項研究展示了一種臨床治療的新系統(tǒng)，未來有望拓展到心臟輔助、體重管理領(lǐng)域。
相關(guān)論文在北京時間1月3日凌晨發(fā)表在世界頂級學術(shù)期刊、英國《自然》雜志（Nature）上。
膀胱過度活動癥在臨床上表現(xiàn)為尿急、尿頻，偶伴有尿失禁。傳統(tǒng)的治療方法是持續(xù)進行電刺激，但可能會造成疼痛或脫靶效應(yīng)。
這個由美國西北大學、華盛頓大學、麻省理工學院和北京航空航天大學等機構(gòu)組成的聯(lián)合團隊擯棄了直接的電刺激療法，而是選擇了一項新興的生物工具：光遺傳學。即通過編輯細胞中的基因，使它們能夠響應(yīng)光照的刺激。在這個案例中，被編輯過的膀胱神經(jīng)細胞會在光照下抑制神經(jīng)活動。
為此，科研人員在人為藥物致病的大鼠腹腔中植入了一個LED燈裝置，連接著一個高度敏感的傳感器。傳感器由柔性材料制成，實時監(jiān)測膀胱周圍的數(shù)據(jù)，再無線傳輸給外部的記錄儀。
一旦記錄儀偵察到異常的膀胱信號，比如不必要地頻繁清空膀胱，它就會給大鼠腹中的LED燈發(fā)送無線信號，開啟光照。事前經(jīng)過光遺傳編輯的膀胱神經(jīng)細胞就會在光照下抑制相應(yīng)的排尿活動。
整個植入體內(nèi)的系統(tǒng)由無線充電裝置提供能源。
柔軟的“閉環(huán)系統(tǒng)”
這在生物工程學上稱為一個“閉環(huán)系統(tǒng)”：系統(tǒng)中的輸出信號同樣也是輸入信號，正如大鼠膀胱的體積經(jīng)傳感器輸出后，又反饋回來被光照調(diào)節(jié)。
“閉環(huán)系統(tǒng)”在臨床上具有顯著的優(yōu)勢：光刺激只會在必要的時刻被觸發(fā)，提供實時且靶向的治療。
在實驗中，科研人員向大鼠注射藥物環(huán)磷酰胺，引發(fā)大鼠的炎癥反應(yīng)，增加膀胱清空次數(shù)。系統(tǒng)檢測到了膀胱的異常情況，通過光照觸發(fā)抑制機制，從而恢復(fù)正常的排尿頻率。
大鼠對整套系統(tǒng)耐受良好，植入7天后未觀察到明顯的炎癥、體重改變或運動異常。
值得一提的是，這項成果整合了多項新興技術(shù)才得以實現(xiàn)。其中第一大難點就是制作柔性、延展性能良好的電子器件，以求在不影響器官功能的情況下測量器官變化。此外，無線數(shù)據(jù)傳輸和無線充電也是光遺傳學工具得以在生物體內(nèi)大展手腳的關(guān)鍵條件。
麻省理工學院醫(yī)學工程和科學研究所的羅氏（Ellen T. Roche）在相關(guān)評論文章中肯定了這項成果的突破性意義：首次制作出一個能監(jiān)控并治療特定病癥的穩(wěn)定“閉環(huán)系統(tǒng)”。不過，羅氏提醒道，這個大鼠實驗要想放大復(fù)制到人類臨床上，還有一系列問題需要攻克。
比如，研究中的無線充電裝置是放在大鼠籠子底部的，無法滿足人類的正?；顒有枰?。研究人員手術(shù)切開大鼠腹部暴露膀胱后，再注入一種特定病毒對膀胱細胞進行光遺傳學編輯，隨后，又再次手術(shù)植入了閉環(huán)系統(tǒng)。這樣的重復(fù)開刀在人類臨床上并不現(xiàn)實。最后，還要考慮萬一設(shè)備故障后，如何進行修復(fù)更換的問題。
植入裝置是否會對大鼠體內(nèi)器官產(chǎn)生影響，引發(fā)周圍組織的炎癥或增生也仍待長期的觀察。
拋開這些眼下的障礙，羅氏還是對這一類閉環(huán)系統(tǒng)進行了美好的展望。現(xiàn)有的實驗已經(jīng)證實柔性的電子設(shè)備能夠讀取體外培養(yǎng)的兔子心臟的物理數(shù)據(jù)，未來，利用與膀胱傳感器類似的植入式設(shè)備，人們或許能實時調(diào)節(jié)人工心臟輔助設(shè)備的活動情況。
此外，如果柔性傳感器能讀取胃部的形變，并相應(yīng)地控制神經(jīng)細胞產(chǎn)生飽腹感，或許能成為一種減肥管理的新方式。
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