المواد الكهرومغناطيسية تحفز الخلايا العصبية بأقل تدخل جراحي
طور باحثون في جامعة رايس مادة كهرومغناطيسية تحول المجال المغناطيسي إلى مجال كهربائي. ويمكن صياغة المادة بحيث يمكن حقنها في الجسم، بالقرب من الخلية العصبية، ومن ثم يمكن تطبيق مجال مغناطيسي متناوب على المنطقة من خارج الجسم. تعتبر المجالات المغناطيسية مفيدة جدًا في هذا السياق، حيث يمكنها اختراق الأنسجة بسهولة دون التسبب في أي ضرر. ينتج هذا التأثير الكهرومغناطيسي تيارًا كهربائيًا صغيرًا بالقرب من الخلية العصبية، مما يحفزها بشكل فعال، دون الحاجة إلى عمليات زرع غازية. حتى الآن، أظهر الباحثون أن هذه التكنولوجيا يمكنها سد العصب الوركي المقطوع تمامًا في الجرذان، مما يشير إلى أن لديها إمكانات كعنصر في الأطراف الاصطناعية العصبية.
يمكن أن يكون للتحفيز العصبي جميع أنواع التأثيرات العلاجية المثيرة للاهتمام والمثيرة، ولكن زرع المحفزات العصبية يعد إجراءً جراحيًا، ويمكن أن يتطلب إزالته لاحقًا بسبب فشل الجهاز أو ببساطة لتغيير البطارية. إن المادة الموجودة بأبعاد صغيرة بما يكفي لتمريرها عبر إبرة تحت الجلد، ولكنها توفر بعد ذلك تأثيرًا مشابهًا لتحفيز الأعصاب تحت تأثير جهاز طفيف التوغل يتم وضعه خارج الجسم، تتمتع ببعض المزايا الواضحة مقارنة بالزرع التقليدي.
يقول جوشوا تشين، وهو عالم في مجال العلوم والتكنولوجيا: “لقد تساءلنا: هل يمكننا صنع مادة يمكن أن تكون مثل الغبار أو مادة صغيرة جدًا بحيث أنه من خلال وضع رشة منها داخل الجسم ستتمكن من تحفيز الدماغ أو الجهاز العصبي؟” الباحث المشارك في الدراسة . “مع وضع هذا السؤال في الاعتبار، اعتقدنا أن المواد الكهرومغناطيسية كانت مرشحة مثالية للاستخدام في التحفيز العصبي. إنها تستجيب للمجالات المغناطيسية، التي تخترق الجسم بسهولة، وتحولها إلى مجالات كهربائية، وهي لغة يستخدمها نظامنا العصبي بالفعل لنقل المعلومات.
تتكون المادة مما يلي: طبقة كهرضغطية من تيتانات الزركونيوم الرصاص بين طبقتين مقيّدتين مغناطيسيًا من سبائك الزجاج المعدني، والتي تم وضع طبقات من البلاتين وأكسيد الهافنيوم وأكسيد الزنك عليها. تهتز المكونات المقيدة للمغناطيسية في المادة عند تطبيق مجال مغناطيسي متناوب. وقال جوري بهاف، وهو باحث آخر مشارك في الدراسة: “هذا الاهتزاز يعني أنه يغير شكله بشكل أساسي”. “إن المادة الكهرضغطية هي شيء يولد الكهرباء عندما يغير شكله. لذلك، عندما يتم الجمع بين هذين الاثنين، فإن التحويل الذي تحصل عليه هو أن المجال المغناطيسي الذي تطبقه من خارج الجسم يتحول إلى مجال كهربائي.
حتى الآن، أظهر الباحثون أن هذه التكنولوجيا يمكنها استعادة وظيفة العصب الوركي المقطوع تمامًا في الجرذان. وقال تشين: “يمكننا استخدام هذه المادة الخارقة لسد الفجوة في العصب المكسور واستعادة سرعات الإشارة الكهربائية السريعة”. “بشكل عام، تمكنا من تصميم مادة خارقة جديدة بشكل عقلاني تتغلب على العديد من التحديات في مجال التكنولوجيا العصبية. والأهم من ذلك، أنه يمكن تطبيق إطار تصميم المواد المتقدم هذا على تطبيقات أخرى مثل الاستشعار والذاكرة في الإلكترونيات.
الدراسة في المجلة مواد الطبيعة: مواد خارقة مغناطيسية ذاتية التصحيح للتحفيز العصبي عن بعد واستعادة الوظيفة الحركية
عن طريق: جامعة رايس