中美科研人員通過(guò)在大鼠體內植入光刺激裝置，讓尿頻、尿急的大鼠恢復了正常的膀胱功能。這項研究展示了一種臨床治療的新系統，未來(lái)有望拓展到心臟輔助、體重管理領(lǐng)域。
相關(guān)論文在北京時(shí)間1月3日凌晨發(fā)表在世界頂級學(xué)術(shù)期刊、英國《自然》雜志（Nature）上。
膀胱過(guò)度活動(dòng)癥在臨床上表現為尿急、尿頻，偶伴有尿失禁。傳統的治療方法是持續進(jìn)行電刺激，但可能會(huì )造成疼痛或脫靶效應。
這個(gè)由美國西北大學(xué)、華盛頓大學(xué)、麻省理工學(xué)院和北京航空航天大學(xué)等機構組成的聯(lián)合團隊擯棄了直接的電刺激療法，而是選擇了一項新興的生物工具：光遺傳學(xué)。即通過(guò)編輯細胞中的基因，使它們能夠響應光照的刺激。在這個(gè)案例中，被編輯過(guò)的膀胱神經(jīng)細胞會(huì )在光照下抑制神經(jīng)活動(dòng)。
為此，科研人員在人為藥物致病的大鼠腹腔中植入了一個(gè)LED燈裝置，連接著(zhù)一個(gè)高度敏感的傳感器。傳感器由柔性材料制成，實(shí)時(shí)監測膀胱周?chē)臄祿贌o(wú)線(xiàn)傳輸給外部的記錄儀。
一旦記錄儀偵察到異常的膀胱信號，比如不必要地頻繁清空膀胱，它就會(huì )給大鼠腹中的LED燈發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號，開(kāi)啟光照。事前經(jīng)過(guò)光遺傳編輯的膀胱神經(jīng)細胞就會(huì )在光照下抑制相應的排尿活動(dòng)。
整個(gè)植入體內的系統由無(wú)線(xiàn)充電裝置提供能源。
柔軟的“閉環(huán)系統”
這在生物工程學(xué)上稱(chēng)為一個(gè)“閉環(huán)系統”：系統中的輸出信號同樣也是輸入信號，正如大鼠膀胱的體積經(jīng)傳感器輸出后，又反饋回來(lái)被光照調節。
“閉環(huán)系統”在臨床上具有顯著(zhù)的優(yōu)勢：光刺激只會(huì )在必要的時(shí)刻被觸發(fā)，提供實(shí)時(shí)且靶向的治療。
在實(shí)驗中，科研人員向大鼠注射藥物環(huán)磷酰胺，引發(fā)大鼠的炎癥反應，增加膀胱清空次數。系統檢測到了膀胱的異常情況，通過(guò)光照觸發(fā)抑制機制，從而恢復正常的排尿頻率。
大鼠對整套系統耐受良好，植入7天后未觀(guān)察到明顯的炎癥、體重改變或運動(dòng)異常。
值得一提的是，這項成果整合了多項新興技術(shù)才得以實(shí)現。其中第一大難點(diǎn)就是制作柔性、延展性能良好的電子器件，以求在不影響器官功能的情況下測量器官變化。此外，無(wú)線(xiàn)數據傳輸和無(wú)線(xiàn)充電也是光遺傳學(xué)工具得以在生物體內大展手腳的關(guān)鍵條件。
麻省理工學(xué)院醫學(xué)工程和科學(xué)研究所的羅氏（Ellen T. Roche）在相關(guān)評論文章中肯定了這項成果的突破性意義：首次制作出一個(gè)能監控并治療特定病癥的穩定“閉環(huán)系統”。不過(guò)，羅氏提醒道，這個(gè)大鼠實(shí)驗要想放大復制到人類(lèi)臨床上，還有一系列問(wèn)題需要攻克。
比如，研究中的無(wú)線(xiàn)充電裝置是放在大鼠籠子底部的，無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)的正常活動(dòng)需要。研究人員手術(shù)切開(kāi)大鼠腹部暴露膀胱后，再注入一種特定病毒對膀胱細胞進(jìn)行光遺傳學(xué)編輯，隨后，又再次手術(shù)植入了閉環(huán)系統。這樣的重復開(kāi)刀在人類(lèi)臨床上并不現實(shí)。最后，還要考慮萬(wàn)一設備故障后，如何進(jìn)行修復更換的問(wèn)題。
植入裝置是否會(huì )對大鼠體內器官產(chǎn)生影響，引發(fā)周?chē)M織的炎癥或增生也仍待長(cháng)期的觀(guān)察。
拋開(kāi)這些眼下的障礙，羅氏還是對這一類(lèi)閉環(huán)系統進(jìn)行了美好的展望。現有的實(shí)驗已經(jīng)證實(shí)柔性的電子設備能夠讀取體外培養的兔子心臟的物理數據，未來(lái)，利用與膀胱傳感器類(lèi)似的植入式設備，人們或許能實(shí)時(shí)調節人工心臟輔助設備的活動(dòng)情況。
此外，如果柔性傳感器能讀取胃部的形變，并相應地控制神經(jīng)細胞產(chǎn)生飽腹感，或許能成為一種減肥管理的新方式。
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