2022
07/08
相关创新主体

    创新背景

    疼痛,是临床中需要特别关注的重要问题之一,通过局部冷却形成可逆性神经阻滞,不仅可以达到按需消除疼痛的效果,而且能够完全避免服用阿片类药物以及其他镇痛剂带来的成瘾性副作用。传统的局部冷却技术需要借助大型医疗设备并在特定环境下实施,往往很难达到精准的冷却效果,在实际应用中存在着很大的局限性。

     

    创新过程

    2022年6月30日,美国西北大学 John Rogers 教授、俄勒冈大学 Jonathan Reeder 助理教授、大连理工大学解兆谦教授等人在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为:Soft, bioresorbable coolers for reversible conduction block of peripheral nerves 的研究论文。

    该研究发明了一种一张纸厚度的、生物可吸收的柔性微流控设备,其通过液体汽化冷却实现了神经传导阻滞,可用于替代阿片类止痛药以达到无损伤的精准阵痛效果。

    该研究的通讯作者 John Rogers 教授表示,这个装置的技术原理与手指在寒冷天气里变得麻木有些类似。而这一装置可以通过重编程的方式直接对局部目标神经产生这种冷却带来的麻木效果。温度下降由嵌入在装置中的微型传感器监控,该传感器将信息传输到外部接收器,患者或医生可以通过外部仪器对治疗进行调控,确保温度不会下降太多,不至于导致组织损伤。通过检测神经的温度,该装置可以自动调整流速,以可逆、安全的方式来抑制疼痛。

    在这项研究中,研究团队设计了一种柔性、自缠绕(免缝合)、生物可吸收的周围神经冷却微流控设备,其能够在活体组织的任意深度提供精准的、微创的冷却效果。

    基于微流体、可精准阻滞神经的生物可吸收柔性冷却器

    该柔性设备集成了微流控系统与电路系统,通过控制该设备微流控系统中输入流体的流速与流量,同时借助全氟戊烷(PFP)液体的汽化吸热,实现了在特定部位提供精准且持续的冷却效果;将具有蛇状形貌的镁线温度传感器分布在该设备末端,通过传感器电阻变化实时获得温度反馈,成功实现了对温度的精确监控;具有预拉伸的多层结构力学设计使得该设备可以形成自卷曲结构,无需缝合便可紧密贴附至需要冷却的神经表面并可形成良好的力-热交界面;该设备完全由水溶性材料构成,可依据个性化需求在规定的时间段内溶解于皮下组织的生物流体中。这避免了额外的拆除手术给病人带来的痛苦,可以很好地满足患者在长时段内的镇痛需求,相比现有技术和产品具有显著优势。

    在这项研究中,研究团队还基于结构力学、传热学仿真分析开展了结构和温控优化设计,该设备还实现了神经组织的精准无损冷却,有效阻滞了痛觉传导。

    相关动物实验证实,该设备能在短时间内实现低温调控,并能很好地抑制神经活动。长期观察表明,复温后神经活动迅速恢复正常,且不会产生任何副作用。该设备同样可对自由活动的动物模型提供优异的按需镇痛效果。通过对动物模型进行相关组织学分析还发现,该设备袖带在植入人体6个月后仍能与神经紧密接触,显示了极其优越的力学性能。同时,生物实验也验证了该设备具有很好的生物相容性与可吸收性。

    冷却诱导神经阻滞和镇痛的实验情况

    此外,由于该装置的完全水溶性成分,因此在治疗期结束后,整个装置会在数周内被降解并安全吸收。

    目前,市面上已经有了不少用于镇痛的神经刺激设备,但也有少数公司在开发一些创造性的无药镇痛方法,例如,2021年11月,美国 FDA 批准了一款名为 AppliedVR 的 VR 设备,旨在通过 VR 眼镜进行认知行为疗法,转移病人注意力,从而缓解焦虑和疼痛。

    总的来说,这篇 Science 论文介绍一款柔性、可生物吸收的微流控装置,该装置能够在活体组织的任意深度通过实时温度反馈控制提供聚焦的、微创的冷却能力。其水溶性、生物相容性材料的结构可在治疗结束后被溶解和生物再吸收,从而消除不必要的设备负荷和对患者造成的风险,而无需进行额外的手术。数周的体内试验证明了该装置能够快速、精确地冷却周围神经,从而在大鼠模型中为神经性疼痛提供局部、按需镇痛。

     

    创新价值

    该研究首次展示了生物可吸收的植入式微型柔性冷却器在神经阻滞疼痛方面的成功应用,对未来基于柔性医学器件的疼痛管理研究具有非常重要的指导意义。

     

    创新关键点

    该研究发明了一种一张纸厚度的、生物可吸收的柔性微流控设备,其通过液体汽化冷却实现了神经传导阻滞,可用于替代阿片类止痛药以达到无损伤的精准阵痛效果。

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