بازسازی سیستم عصبی یکی از چالش های قوی در پزشکی مدرن است. برخلاف سایر بافت ها، نورون ها ظرفیت محدودی برای خود-بازسازی دارند و صدمات اغلب منجر به نقص های عملکردی دائمی می شوند که در طی دو دهه گذشته، تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتور به عنوان یک استراتژی امیدوار کننده برای غلبه بر موانع ذاتی برای ترمیم عصب ظهور کرده است.

درک تحریک الکتریکی Bioreactor-Induced

Bioreactors دستگاه های پیچیده هستند که محیط های فیزیکی و شیمیایی دقیق برای مهندسی بافت را فراهم می کنند.آنها دمای، pH، سطح اکسیژن و تامین مواد مغذی را حفظ می کنند در حالی که استفاده از محرک های مکانیکی یا الکتریکی به سلول های فرهنگی یا سازه ها می کنند.در زمینه بازسازی عصبی، زیست شناسان برای تحویل زمینه های الکتریکی یا جریان ها از طریق الکترودهای یکپارچه اصلاح می شوند.

ترکیب یک زیست سنج با تحریک الکتریکی مزایای مختلفی را ارائه می دهد. [۱] اجازه می دهد تا نظارت بر زمان واقعی پاسخ های سلولی، پروتکل های تحریک تکرار پذیر و قابل تنظیم، و توانایی ترکیب انواع سلول های چندگانه فرهنگ مشترک، پیکربندی های زیستی تابع سیستم های الکترود موازی، داربست های رسانا که به عنوان الکترود، و دستگاه های میکروسیزی با میکرود تعبیه شده اند.[۱۰] هر یک از شدت های پردازش عصبی و سیستم های پردازش شده در نوع آسیب های هدف جامع استفاده می شود.

مکانیسم های پشت سیستم عصبی

تحریک الکتریکی بر بازسازی عصب از طریق مسیرهای متعدد و متصل تأثیر می گذارد. درک این مکانیسم ها برای بهینه سازی پروتکل های درمانی ضروری است.

افزایش تکثیر سلول و تفاوت

زمینه های الکتریکی می توانند تکثیر سلول های بنیادی عصبی و سلول های پیش فرض را ترویج دهند.مطالعات نشان داده اند که تحریک فعلی (DC) محرک های وابسته به سیکلین و عوامل رشد مانند عامل عصبی مشتق شده از مغز (BDNF) ، متناوب در فرکانس های خاص سلول های بنیادی را به سمت نورونی یا گلیال هدایت می کند ، افزایش سلول های جبران کننده در محل آسیب پذیری.

توسعه رشد و هدایت Axonal

یکی از بهترین اثرات مستند، توالی هدایت شده از axons است. Neurons در معرض یک میدان الکتریکی مخروط رشد خود را در امتداد خطوط زمینه - یک پدیده به نام گالوانیزه است.این هدایت با توزیع نامتقارن یون های کلسیم و پویایی سیتوسکال است.

اصلاح بیان ژن و سیگنال

نشانه های الکتریکی بیان صدها ژن درگیر در بازسازی را تغییر می دهند، از جمله آن هایی که برای نورتروفیلین ها، مولکول های چسبندگی سلول، و کانال های یون کدگذاری می شوند، به عنوان مثال، عامل رونویسی پروتئین عنصر واکنش دهنده cAMP (CREB) توسط میدان های الکتریکی فعال می شود، که منجر به افزایش رونویسی پروتئین مرتبط با رشد 43GAP3 و دیگر بازسازی های مرتبط با برنامه ریزی شده است.

کاهش شکل گیری Inhibitory Scar

پس از آسیب عصبی، آستروسیت های واکنشی و فیبروبلاست ها یک اسکار کروی متراکم ایجاد می کنند که از نظر فیزیکی و شیمیایی باعث رشد مجدد آسترون می شود. تحریک الکتریکی نشان داده شده است که فعالیت سلول گلیال را تعدیل می کند، کاهش رسوب دودکش ها (CSPGs) - مهار کننده های کلیدی یک تحریک exononlong، و تحریک تحریک تحریک تحریک کننده باعث می شود.

دانلود فیلم Neurotrophin Release

تحریک الکتریکی باعث آزادی نورتروفیل های عصبی پایان دهنده مانند عامل رشد عصبی (NGF) و نورتروپین-3 (NT-3) از سلول های شوان و بافت های هدف می شود.این عوامل از بقای نورونی حمایت می کنند، جوانه زدن های عصبی را هدایت می کنند و باعث تسهیل می شوند که منelination.در فرهنگ های زیست بومگردان، تحریک کنترل شده می تواند سطح عصبی پیشرفته برای دوره های گسترش یافته، پشتیبانی از حداکثری را حفظ کند.

برنامه های فعلی در سیستم نورو

تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتور به طور فعال برای چندین نوع آسیب عصبی و شرایط عصبی مورد بررسی قرار می گیرد.

آسیب های نخاعی

آسیب های نخاعی (SCI) اغلب منجر به فلج دائمی زیر lesion به دلیل ناتوانی از axons شدید برای بازسازی در سراسر سایت آسیب می شود. مطالعات مقدماتی با استفاده از تحریک الکتریکی مبتنی بر بیوکنتورو نشان داده است بهبود عملکرد در مدل های داربست قابل توجه همراه با داربست های بیولوژیکی و پیوند سلول های بنیادی، تحریک الکتریکی یک مطالعه طبیعی، و تحریکات الکتریکی (Bhan).

آسیب های شدید

آسیب های عصبی Peripheral برای ترمیم بیشتر از آسیب های سیستم عصبی مرکزی قابل اعتماد است، اما نقص های بزرگ هنوز هم چالش هایی را ایجاد می کنند. سیستم های Bioreactor با استفاده از الکترودهای یکپارچه برای پل زدن شکاف در عصب سیاتیک از مدل های الکتریکی تحریک کننده حیوانات، سرعت رشد از axons را کاهش می دهد، یک پلیمر عضلانی را کاهش می دهد و ترویج آزمایش های اولیه را برای تکرار الکتریکی در حال انجام می دهد.

بیماری های عصبی

در حالی که کمتر پیشرفته است، استفاده از تحریک بیولوژیکی به بیماری های عصبی مانند پارکینسون و آلزایمر علاقه مند به دست آوردن است.در مدل های آزمایشگاهی با استفاده از بیوکنشرها می تواند زمینه های الکتریکی مزمن و کم فرکانس را به فرهنگ های عصبی ناشی از سلول های بنیادی بیمار اعمال کند.این سیستم ها به محققان کمک می کند تا مکانیسم های بیماری و داروهای بالقوه را مطالعه کنند.

طراحی Bioreactor و پارامترهای تحریک الکتریکی

موفقیت این رویکرد به کنترل دقیق پارامترهای تحریک الکتریکی بستگی دارد.[۵] متغیرهای کلیدی شامل چگالی فعلی (معمولا ۱۰-۲۰۰ μA / cm2)، فرکانس پالسی [FLT3] [FLT3 (از 1 هرتز به 100 هرتز)، طول عمر کلی (F5) و یا مقدار کم (2 ثانیه) می تواند باعث آسیب های کوچک شود.

طراحی Bioreactor همچنین باید مواد الکترود و قرار دادن فلزات نوبل مانند پلاتین و طلا را معمولاً مورد استفاده قرار دهد اما می تواند تحت تحریک مداوم قرار گیرد؛ پلیمرهای رسانا مانند پلی پیلوت و پلی (۳) ، ۴-۴٫۴٫۴٫۴٫۴٫۴٫۴٫۴٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳٫۳-تعیفیکیشن های عصبی دقیق تر را تنظیم می کند.

چالش ها و ملاحظات

علی رغم نتایج پیش بالینی امیدوار کننده، ترجمه تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتر به عمل بالینی روزمره با موانع متعددی مواجه است.

  • قابلیتimization برای انواع مختلف Nerve: نورون های مرکزی و محیطی به طور متفاوتی به نشانه های الکتریکی پاسخ می دهند. پارامترهای باید به محل آسیب، شدت و سن بیمار طراحی شوند.
  • آسیب و ایمنی: تحریک طولانی مدت یا شدید می تواند واکنش های الکتروشیمیایی را ایجاد کند، تولید گونه های اکسیژن واکنشی یا آزاد سازی یون فلزی ضروری است.
  • هزینه و هزینه: سیستم های زیست فعال فعلی اغلب بزرگ، سفارشی و گران هستند.
  • [Chronic در مقابل تحریک حاد: مدت مناسب تحریک همچنان مورد بحث قرار می گیرد، برخی از پروتکل ها نیاز به تحریک مداوم برای هفته ها، که ممکن است خطر عفونت یا خرابی دستگاه را افزایش دهد.
  • تنوع بیمار: پس زمینه ژنتیکی، سن، پیچیدگی و درمان های متقابل همه نتایج تاثیر می گذارد.

هدف تحقیقات مداوم این چالش ها را از طریق مواد الکترود بهبود یافته، سیستم های کنترل حلقه بسته و درمان های ترکیبی، برای بررسی عمیق موانع ترجمه بالینی، به این مقاله در مورد چالش های در درمان های بازسازی عصبی [FLT 1] اشاره می کند.

مسیر های آینده

دهه بعد وعده های فوق العاده ای برای تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتر دارد.

  • Integration with Advanced Bio Materials: هدایت کننده ⁇ s، الکتروspun نانو داربست فیبر، و راهنمای پرینت سه بعدی می تواند به عنوان هر دو پشتیبانی ساختاری و رابط الکترود، افزایش اتصال الکتریکی با بافت میزبان خدمت می کند.
  • ترکیب با عوامل رشد و سلول های بنیادی: نشانه های بیوشیمیایی با محرک های الکتریکی هماهنگ می شوند. Co-delivery از عوامل عصبی یا پیوند سلول های بنیادی عصبی در داخل سازه bioreactor می تواند پتانسیل های احیا کننده را به حداکثر برساند.
  • تحریکات تجزیه و تحلیل شده و Adaptive: با استفاده از سنسور های زیستی برای تشخیص فعالیت عصبی یا وضعیت آسیب، سیستم های آینده پارامترهای تحریک را در زمان واقعی برای درمان بهینه تنظیم می کنند.
  • طب شخصی: سلول های بنیادی مشتق شده بیمار (iPSCs) می توانند برای آزمایش پروتکل های تحریک در یک زیست فعال کننده قبل از کاشت، قادر به درمان های سفارشی استفاده شوند.
  • بی سیم و بی تحرکی: دستگاه های مینیاتور، باتری که می توانند در نزدیکی محل آسیب قرار گیرند و به طور خارجی کنترل می شوند، کاربرد مزمن و کیفیت بیمار زندگی را بهبود می بخشد.

از آنجایی که این نوآوری ها همگرا هستند، تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتور برای تبدیل شدن به یک سنگ بنای مهندسی بافت عصبی آماده می شود.

نتیجه گیری

تحریک الکتریکی ناشی از بیوکنتور یک ابزار قدرتمند برای غلبه بر محدودیت های ذاتی بازسازی سیستم عصبی است.با استفاده از اثرات ژنتیکی میدان های الکتریکی در یک محیط کنترل شده، محققان می توانند تکثیر سلول را افزایش دهند، هدایت رشد الکتریکی، بیان ژن تعدیل شده، و کاهش ایجاد زخم های بازدارنده.