Les ingénieurs du MIT ont développé des fibres souples et implantables capables de transmettre de la lumière aux principaux nerfs du corps. Lorsque ces nerfs sont génétiquement manipulés pour répondre à la lumière, les fibres peuvent envoyer des impulsions de lumière aux nerfs pour inhiber la douleur. Les fibres optiques sont flexibles et s’étirent avec le corps.
Les nouvelles fibres sont conçues comme un outil expérimental pouvant être utilisé par les scientifiques pour explorer les leads to et les traitements potentiels des difficulties nerveux périphériques dans des modèles animaux. Des douleurs nerveuses périphériques peuvent survenir lorsque les nerfs situés en dehors du cerveau et de la moelle épinière sont endommagés, entraînant des picotements, des engourdissements et des douleurs dans les membres affectés. On estime que la neuropathie périphérique touche plus de 20 thousands and thousands de personnes aux États-Unis.
« Les appareils actuellement utilisés pour étudier les troubles nerveux sont fabriqués à partir de matériaux rigides qui contraignent les mouvements, de sorte que nous ne pouvons pas vraiment étudier les lésions de la moelle épinière et leur guérison si la douleur est impliquée », explique Siyuan Rao, professeur adjoint de génie biomédical à l’Université du Massachusetts. à Amherst, qui a réalisé une partie du travail en tant que postdoctorant au MIT. « Nos fibres peuvent s’adapter au mouvement naturel et faire leur travail sans limiter le mouvement du sujet. Cela peut nous donner des informations furthermore précises.
« Maintenant, les gens disposent d’un outil pour étudier les maladies liées au système nerveux périphérique, dans des problems très dynamiques, naturelles et sans contraintes », ajoute Xinyue Liu PhD ’22, qui est maintenant professeur adjoint à la Michigan Condition College (MSU).
Les détails des nouvelles fibres de leur équipe seront rapportés dans une étude publiée dans Mother nature Approaches. Les co-auteurs de Rao et Liu au MIT incluent Atharva Sahasrabudhe, étudiante diplômée en chimie Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental et Polina Anikeeva, professeur de science et d’ingénierie des matériaux, avec d’autres à MSU, UMass-Amherst, Harvard Healthcare College et les Nationwide Institutes of Wellbeing.
Au-delà du cerveau
La nouvelle étude est née du désir de l’équipe d’étendre l’utilisation de l’optogénétique au-delà du cerveau. L’optogénétique est une technique par laquelle les nerfs sont génétiquement modifiés pour répondre à la lumière. L’exposition à cette lumière peut alors activer ou inhiber le nerf, ce qui peut donner aux scientifiques des informations sur la façon dont le nerf fonctionne et interagit avec son environnement.
Les neuroscientifiques ont appliqué l’optogénétique chez les animaux pour retracer avec précision les voies neuronales à l’origine d’une série de troubles cérébraux, notamment la dépendance, la maladie de Parkinson et les troubles de l’humeur et du sommeil – informations qui ont conduit à des thérapies ciblées pour ces affections.
À ce jour, l’optogénétique a été principalement utilisée dans le cerveau, une zone dépourvue de récepteurs de douleur, ce qui permet l’implantation relativement indolore de dispositifs rigides. Cependant, les dispositifs rigides peuvent toujours endommager les tissus neuronaux. L’équipe du MIT s’est demandé si la approach pouvait être étendue aux nerfs extérieurs au cerveau. Tout comme le cerveau et la moelle épinière, les nerfs du système périphérique peuvent subir diverses déficiences, notamment la sciatique, la maladie des motoneurones, ainsi qu’un engourdissement et une douleur généraux.
L’optogénétique pourrait aider les neuroscientifiques à identifier les causes spécifiques des affections des nerfs périphériques ainsi qu’à tester des thérapies pour les atténuer. Mais le principal obstacle à la mise en œuvre de la system au-delà du cerveau est le mouvement. Les nerfs périphériques subissent une poussée et une traction constantes de la part des muscle tissue et des tissus environnants. Si des dispositifs en silicone rigide étaient utilisés en périphérie, ils limiteraient le mouvement naturel d’un animal et pourraient potentiellement endommager les tissus.
Cristaux et lumière
Les chercheurs ont cherché à développer une choice qui pourrait fonctionner et bouger avec le corps. Leur nouveau structure est une fibre douce, extensible et transparente fabriquée à partir d’hydrogel – un mélange caoutchouteux et biocompatible de polymères et d’eau, dont ils ont ajusté le rapport pour créer de minuscules cristaux de polymères à l’échelle nanométrique dispersés dans une resolution semblable à du Jell-O.
La fibre comprend deux couches : un noyau et une enveloppe externe ou « gaine ». L’équipe a mélangé les answers de chaque couche pour générer un arrangement cristallin spécifique. Cet agencement donnait à chaque couche un indice de réfraction spécifique et différent, et ensemble, les couches empêchaient toute lumière traversant la fibre de s’échapper ou de se disperser.
L’équipe a testé les fibres optiques chez des souris dont les nerfs ont été génétiquement modifiés pour répondre à la lumière bleue qui exciterait l’activité neuronale ou à la lumière jaune qui inhiberait leur activité. Ils ont découvert que même avec la fibre implantée en place, les souris pouvaient courir librement sur une roue. Après deux mois d’exercices sur roues, totalisant quelque 30 000 cycles, les chercheurs ont découvert que la fibre était toujours robuste et résistante à la tiredness, et qu’elle pouvait également transmettre efficacement la lumière pour déclencher la contraction musculaire.
L’équipe a ensuite allumé un laser jaune et l’a fait passer à travers la fibre implantée. En utilisant des procédures de laboratoire normal pour évaluer l’inhibition de la douleur, ils ont observé que les souris étaient beaucoup moins sensibles à la douleur que les rongeurs non stimulés par la lumière. Les fibres ont pu inhiber de manière significative la douleur sciatique chez ces souris stimulées par la lumière.
Les chercheurs considèrent les fibres comme un nouvel outil pouvant aider les scientifiques à identifier les racines de la douleur et d’autres problems nerveux périphériques.
« Nous nous concentrons sur la fibre en tant que nouvelle technologie neuroscientifique », explique Liu. « Nous espérons aider à disséquer les mécanismes sous-jacents à la douleur dans le système nerveux périphérique. Avec le temps, notre technologie pourrait aider à identifier de nouvelles thérapies mécanistes pour la douleur chronique et d’autres affections débilitantes telles que la dégénérescence ou les blessures nerveuses.
Cette recherche a été financée en partie par les Countrywide Institutes of Well being, la National Science Foundation, le US Army Analysis Workplace, le McGovern Institute for Mind Investigation, le Hock E. Tan et K. Lisa Yang Middle for Autism Research, le K Centre Lisa Yang Brain-Entire body et Fondation de recherche sur le cerveau et le comportement.
