התפקיד של חשמל מושרה ביולוגית התחדשות מערכת העצבים

ההתחדשות של מערכת העצבים נותרה אחד האתגרים המשמעותיים ביותר ברפואה המודרנית.בניגוד לרקמות אחרות, לנוירונים יש יכולת מוגבלת עבור עצמם-repair, ופציעות לעתים קרובות להוביל לגירעון פונקציונלי קבוע.בשנתיים האחרונות, גירוי חשמלי מושרה ביולוגית צמח כאסטרטגיה מבטיחה להתגבר על המכשולים הפנימיים לתיקון עצבים.

הבנה של bioreactor-Induced חשמל Stimulation

ביולוגיים הם מכשירים מתוחכמות המספקים סביבות פיזיות וכימיקליות מבוקרות בדיוק עבור הנדסת רקמות.הם שומרים על טמפרטורה, pH, רמות חמצן ואספקה תזונתית תוך יישום גירויים מכניים או חשמליים לתאי תרבות או מבנים. בהקשר של התחדשות עצבית, ביולוגיים משתנים כדי לספק שדות חשמליים או זרמים משולבים באמצעות אלקטרודות משולבות.זה מחקה את אותות חשמליים אנדוגניים - כגון פוטנציאל קרום ופציעות ריפוי נוכחיות להתרחש באופן טבעי.

השילוב של ביולוגי עם גירוי חשמלי מציע מספר יתרונות.זה מאפשר ניטור בזמן אמת של תגובות תאים, פרוטוקולים גירוי חוזר והתאמה תואמים, ואת היכולת לשתף סוגים מרובים של תאים. תצורה ביולוגי משותף כוללים מערכות אלקטרודה מקבילה לוחית, פיגומים התנהגותיים כי כפול אלקטרודות, ומכשירים מיקרו-השפעה עם microfluidic עם microelectrodes.כל עיצוב מותאם למטרה עצבית מסוג זה הוא ויזואלית סוג של תכונות: 1Freactor ויזואליות:

מכניזם מאחורי מערכת העצבים

גירוי חשמלי משפיע על התחדשות עצבית באמצעות מסלולים מרובים, מקושרים.הבנת מנגנונים אלה חיונית לקידוד פרוטוקולים טיפוליים.

גידול תאים והפרדה

שדות חשמליים יכולים לקדם את התפשטות תאי גזע עצביים ותאים מבשר.מחקרים הראו כי זרם ישיר (DC) גירוי מעלה מעלה את ה ⁇ תלויות Cyronin-תלויה וגורמי צמיחה כגון גורם נוירוטרופיק (BDNF) בנוסף, שינוי הנוכחי בתדרים ספציפיים מניע תאי גזע לעבר קו עצבי או glial, שיפור מאגר התאים הניתוקטיביים באתר הפגיעה.

קידום צמיחה והדרכה

אחת ההשפעות המוכוונות ביותר היא ההארכה מכוונת של אקסונים. Neurons שנחשפו לשדה חשמלי להתאים את הצמיחה שלהם לאורך קווי השדה - תופעה המכונה galvanotropism.ההדרכה זו מוכוונת על ידי הפצה סימטרית של סטיות סידן וגירוי מושרה ציטוקרטי יכול להגדיל את אורך אקסקלוני על ידי 30–5 בהשוואה לשיטות לא סימטריות של בקרה חמורות, עוזרות לגשר קריטי.

שינוי ג'ין אקספרסion ו- Signaling

רמזים חשמליים משנים את הביטוי של מאות גנים המעורבים בהתחדשות, כולל אלה הקידוד של נוירוטרופינים, מולקולות של דבקות תאים, וערוצי ion.לדוגמה, גורם ה- cAMP תגובה חלבון רב-הקרבה (CREB) מופעל על ידי שדות חשמליים, מה שמוביל להעלאת תמליל של חלבון מהונדס צמיחה 43 (GAP-43) וגנים אחרים הקשורים מחדש.

הקטנת Inhibitory Scar Formation

לאחר פציעה עצבית, אסטרוציטים תגובתיים ופיברבסטולס יוצרים צלקת גלית צפופה צפופה כי מבחינה פיזית וכימיקלית חוסמת axon regrowth. גירוי חשמלי הוכח כדי לשנות פעילות תא גליקולית, להפחית את הפענוח של chondroitin sulf proteoglycans (CSPGs) - מעכבים של אקסון ארוך על ידי פאניקה וקידום הסביבה רפיח.

חידוש נוירוטרופין

גירוי חשמלי גורם לשחרור נוירוטרופינים אנדוגניים כגון גורם גדילה עצבי (NGF) ו- Neurotrophin 3 (NT-3) מתאים Schwann ורקמות מטרות. גורמים אלה תומכים הישרדות עצבית, מדריך נבט אקסוניאל, להקל על החיסון. בתרבויות ביולוגי, גירוי מבוקר יכול לקיים רמות עצביות גבוהות לתקופות מורחבות, למקסם את התמיכה שלטרופיה.

המונחים: Nervous System Regeneration

גירוי חשמלי המושרה ביולוגי נחקר באופן פעיל עבור סוגים מסוימים של פציעות עצביות ותנאים עצביים.

פציעה של ספיןאל קורד

פציעות חוט השדרה (SCI) לעתים קרובות לגרום שיתוק קבוע מתחת לעומס בשל חוסר יכולת של אקסקסונים חמורים כדי לחדש את פני אתר הפצע. מחקרים קליניים באמצעות גירוי חשמלי מבוסס ביולוגי הוכיחו התאוששות פונקציונלית משופרת במודלים מוטנטים. בשילוב עם שיפורים biomaterials ותא גזע, גירוי חשמלי מקדם axonal הנבט, סינפטית ותפקוד חושי של BLTFold זה, אשר קיבל שיפור חשמלי משמעותי יותר, 000 חומרני, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר ידוע, 000, 000, 000 חומר גרפיטי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר נפץ, 000, 000, 000 חומר גרפיטי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר נפץ, 000 חומר המוח, 000 חומר נפץ, 000, 000, 000, 000, 000 חומר נפץ, 000, 000, 000 חומר נפץ, 000 ידוע, 000, 000 חומר נפץ, 000 חומר נפץ, 000 חומר נפץ, 000 חומר נפץ, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חומר נפץ, 000 חומר נפץ,

נזק עצבי

פציעות עצביות היקפיות הן יותר ניתנות לתיקון מאשר פציעות מערכת העצבים המרכזית, אך גירעון גדול עדיין מציב אתגרים.מערכות ביולוגיות באמצעות הדרכה עצבית עם אלקטרודות משולבות שימשו לגשר על פערים בעצב הסיציטי של מודלים בעלי חיים. גירוי חשמלי מאיץ את קצב ההמולה של אקססונים, מפחית את קצב השרירים, ומקדמת התחדשות של איברים קליניים הם בניסויים מוקדמים לחיקוי חשמלי.

מחלות ניווניות

בעוד פחות מתקדם, היישום של גירוי מושרה ביולוגית למחלות ניווניות כגון פרקינסון ואלצהיימר הוא צובר עניין. במודלים vitro באמצעות ביולוגיים יכול ליישם שדות חשמליים כרוניים, נמוך ספאריים לתרבויות עצביות שמקורן בתאי גזע המטופל.מערכות אלה עוזרות לחוקרים לחקור מנגנונים למחלות ותרופות פוטנציאליות מסך.

עיצוב ביולוגי ופרימנטציה חשמלית

(ההצלחה של גישה זו תלויה בשליטה זהירה של הפרמטרים של גירוי חשמלי.המשתנים המרכזיים כוללים את ה-FLT:0 נצפיפות נוכחית FLT:1 (בדרך כלל 10-200 מיקרוA / ס"מ2), FPLT:2pulseתדירות גבוההFLT 3 (מ 1 הרץ עד 100 הרץ), FLT:4 משך זמן כפול:5 (שניים למטר) נזקי דם (בפרק) וגרם נזק קצר ל- 7 שעות)

עיצוב ביולוגי חייב גם לשקול חומר אלקטרודה ומיקום. מתכות נובל כמו פלטינה וזהב משמשים בדרך כלל אבל יכול corrode תחת גירוי מתמשך; פולימרים התנהגותיים כגון פוליפיראטול ופולי(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) מציעים ביצועים טובים יותר ביולוגיקה מתקדמת משלבים משובים כי הם מתאימים על בסיס פרמטרים אמיתיים או פרמטרים נוספים של גירוי ניתן למצוא:0 אופטימיזציה אופטית של חומרים מזינים אפשריים עבור אופטימיזציה אופטית של חומרים מזינים אופטיים:

אתגרים ושיקולים

למרות תוצאות קליניות מבטיחות, לתרגם גירוי חשמלי המושרה ביולוגי לפרקטיקה קלינית שגרתית ניצבת בפני כמה מכשולים.

מחקר מתמשך נועד להתמודד עם אתגרים אלה באמצעות חומרים משופרים אלקטרודה, מערכות בקרה סגורות, ושילוב טיפולים.לבדיקה מעמיקה של החסמים לתרגום קליני, מתייחס ל-FLT:0 מאמר זה על אתגרים בהתחדשות העצבית טיפולים.

כיוונים עתידיים

העשור הבא יש הבטחה עצומה לגירוי חשמלי המושרה ביולוגי.

כאשר חידושים אלה מתאספים, גירוי חשמלי המושרה ביולוגי הוא נועד להפוך אבן הפינה של הנדסה רקמות עצבית.

מסקנה

גירוי חשמלי המושרה ביולוגי מייצג כלי רב עוצמה להתגבר על המגבלות המולד של חידוש מערכת העצבים.על ידי רתום ההשפעות הניווניות של שדות חשמליים בסביבה מבוקרת, החוקרים יכולים לשפר את התפוצה התאית, להנחות צמיחה אקסונאלית, ביטוי גנים מודולים, ולהפחית היווצרות צלקות מעכבת. בעוד אתגרים אופטימיזציה, בטיחות, והיקף נשאר, התקדמות מתמשכת בחומרים מדעיים, ביוקטורי, ורפואה מותאמים אישית ממשיכים לתרגם במהירות את זה של מחלות עצביות.