劉靜小組提出液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)引起國(guó)際廣泛關(guān)注
清華新聞網(wǎng)5月30日電 近期，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉靜教授小組聯(lián)合中科院理化技術(shù)研究所首次報(bào)道了一種全新原理的液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)，在國(guó)際上引起持續(xù)廣泛的影響。
相關(guān)成果自4月底公布于物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站以來(lái)，已受到數(shù)十個(gè)國(guó)際知名的科學(xué)與新聞媒體如New Scientist （新科學(xué)家）, MIT Technology Review （麻省理工科技評(píng)論）, IEEE Spectrum （科技縱覽）, Physics Today （今日物理）, Newsweek （新聞周刊）, Daily Mail （每日郵報(bào)）, Discovery （探索頻道）, Geek （極客）等的專(zhuān)題報(bào)道和評(píng)介。
眾所周知，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遍布于人體全身，因而神經(jīng)損傷與斷裂在醫(yī)學(xué)上極為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有多達(dá)100種以上的因素均可造成神經(jīng)破損。生理學(xué)上，神經(jīng)再生是一個(gè)極為緩慢的過(guò)程，有時(shí)甚至需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的時(shí)間才能恢復(fù)切斷神經(jīng)末梢的互連。因此，盡管神經(jīng)損傷一定程度上可通過(guò)某種手術(shù)或物理方式加以治療，神經(jīng)纖維一旦被徹底切斷或破壞，唯一的希望只能是將這些分隔的末梢盡快連通。這是因?yàn)椋窠?jīng)信號(hào)一旦持續(xù)中斷，患者對(duì)應(yīng)的肌肉功能即會(huì)隨之減退、萎縮，直至造成永久性的功能缺失乃至截癱。當(dāng)前，治療周?chē)窠?jīng)損傷的“金標(biāo)準(zhǔn)”在于自體神經(jīng)移植，但卻受到供區(qū)神經(jīng)來(lái)源不足、供區(qū)神經(jīng)功能喪失，以及供區(qū)神經(jīng)結(jié)構(gòu)和尺寸不匹配等限制。因此，尋找合適的神經(jīng)移植替代物長(zhǎng)期以來(lái)成為神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域中的重大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，顯微外科和納米材料學(xué)的發(fā)展為斷裂神經(jīng)修復(fù)帶來(lái)了新希望，但仍受到諸如導(dǎo)通能力不足，神經(jīng)功能恢復(fù)不暢等制約。
迄今，臨床醫(yī)學(xué)上逐步得到廣泛認(rèn)同的是，如能將恢復(fù)期的肌肉神經(jīng)信號(hào)持續(xù)高效地傳達(dá)至目標(biāo)，則將大大加速神經(jīng)的修復(fù)過(guò)程并促成其保持原有功能。而神經(jīng)功能主要是通過(guò)電信號(hào)的傳輸和響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正是出于這一考慮，研究小組基于10余年來(lái)在液態(tài)金屬材料學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的長(zhǎng)期積累和實(shí)踐，首次提出了具有突破性意義的液態(tài)金屬神經(jīng)連接與修復(fù)技術(shù)，旨在迅速建立切斷神經(jīng)之間的信號(hào)通路及生長(zhǎng)空間，從而提高神經(jīng)再生效率并降低肌肉功能喪失的風(fēng)險(xiǎn)。
圖為由液態(tài)金屬構(gòu)成的神經(jīng)連接與修復(fù)導(dǎo)管示意圖。
圖為借助液態(tài)金屬或林格氏液連接的切斷神經(jīng)與正常神經(jīng)的電響應(yīng)信號(hào)對(duì)比。
在此項(xiàng)題為Liquid Metal as Connecting or Functional Recovery Channel for the Transected Sciatic Nerve（液態(tài)金屬作為連接或恢復(fù)切斷坐骨神經(jīng)功能的通道）（Jie Zhang, et al., arXiv:1404.5931）的論文中，研究小組首次證實(shí)了以液態(tài)金屬作為高傳導(dǎo)性神經(jīng)信號(hào)通路的可行性。通過(guò)建立牛蛙腓腸肌模型，采用液態(tài)金屬連接剪斷的神經(jīng)組織，借助微弱電刺激試驗(yàn)探明了液態(tài)金屬神經(jīng)傳導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明，利用液態(tài)金屬連接的神經(jīng)模型能很好的傳遞刺激信號(hào)，與剪斷前的正常神經(jīng)組織在信號(hào)傳導(dǎo)方面具有高度的一致性和保真度，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的林格氏液。與此同時(shí)，由于液態(tài)金屬在X射線(xiàn)下具有很強(qiáng)的顯影性，因而在完成神經(jīng)修復(fù)之后很容易通過(guò)注射器取出體外，從而避免了復(fù)雜的二次手術(shù)。這一方法為神經(jīng)連接與修復(fù)開(kāi)辟了全新方向。國(guó)際上諸多科學(xué)媒體紛紛對(duì)此加以評(píng)介，認(rèn)為是令人震驚的醫(yī)學(xué)突破（Most Amazing Medical Breakthroughs）。
長(zhǎng)期以來(lái)，該小組與中科院理化所低溫生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室合作，致力于推進(jìn)室溫液態(tài)金屬這一新興功能材料在電子信息、能源和醫(yī)療健康技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，取得一批開(kāi)拓性成果。此項(xiàng)探索正是實(shí)驗(yàn)室密切結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)中的重大需求所提出，刷新了人們對(duì)神經(jīng)連接與修復(fù)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，對(duì)于今后該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用具有重要的啟示意義。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院2012級(jí)博士研究生張潔和博士后盛磊為該論文的第一作者，文章的通訊作者為劉靜教授。
相關(guān)鏈接：
論文鏈接：http://arxiv.org/abs/1404.5931
視頻鏈接：http://video.sina.com.cn/p/news/v/2014-05-13/000663868067.html
新聞鏈接：
New Scientist：http://www.newscientist.com/article/mg22229682.800-terminatorstyle-liquid-metal-connects-severed-nerves.html
MIT Technology Review：http://www.technologyreview.com/view/526946/liquid-metal-used-to-reconnect-severed-nerves
IEEE SPECTRUM：http://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical/bionics/liquid-metal-reconnects-severed-nerves-in-frogs
Physics Today：http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/news/news-picks/liquid-metal-used-to-reconnect-severed-nerves-from-bullfrogs-a-news-pick-post
Newsweek：http://www.newsweek.com/2014/05/30/full-metal-therapy-251688.html
Daily Mail：http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2615762/Terminator-style-LIQUID-METAL-used-reconnect-severed-nerves-animals.html
Discovery：http://news.discovery.com/tech/biotechnology/liquid-metal-transmits-nerve-signals-in-frog-legs-140429.htm
Geek：http://www.geek.com/science/neuro-conductive-metal-liquid-lets-researchers-reconnect-severed-nerves-1592448/
供稿：醫(yī)學(xué)院 編輯：襄樺
