▎學(xué)術(shù)經(jīng)緯/報道

近日發(fā)表于頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》的一項工作中，由神經(jīng)科學(xué)家與材料工程師聯(lián)合組成的研究團(tuán)隊，開發(fā)出了一種微型植入式設(shè)備。初看之下，它非常神奇——給膀胱裝個燈，就能控制大鼠的神經(jīng)活動，幫助動物恢復(fù)膀胱功能。

這項研究的目的，是為遭受膀胱過度活動癥（OAB）等疾病的人帶來希望。膀胱過度活動癥并不罕見，例如在美國有六分之一的人口受到相關(guān)癥狀的影響。中國的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，40歲以上人群中每10人就有超過1人患膀胱過度活動癥。膀胱過度活動的后果是膀胱在脹滿之前便開始收縮，讓人難以抑制地想要排尿。患者常常感到尿急，急切需要上廁所，甚至在去廁所的半途發(fā)生漏尿。這些癥狀給很多患者帶來窘迫、焦慮、抑郁等心理障礙，并對社交、工作和個人生活造成限制，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。

▲膀胱過度活動癥、尿失禁、膀胱疼痛綜合征等膀胱障礙給患者造成身心痛苦（圖片來源：Pixabay）

科學(xué)家們一直希望可以發(fā)展出長期控制膀胱的有效方法，但傳統(tǒng)的電刺激調(diào)節(jié)技術(shù)有很多局限，比如連續(xù)刺激可能讓患者感到不舒服和疼痛，或是干擾神經(jīng)向其他器官發(fā)送的信號。“神經(jīng)刺激無疑是有幫助的，但是過去的設(shè)備因為特異性不夠，還是會有一些脫靶作用。”這項研究的負(fù)責(zé)人之一、華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的麻醉學(xué)教授Robert Gereau博士說。

現(xiàn)在，Gereau教授與研究團(tuán)隊開發(fā)的新設(shè)備希望避免這類不良作用。

研究人員想到了利用光遺傳技術(shù)來特異性地控制動物的神經(jīng)活動。他們向動物膀胱內(nèi)“引入”對光信號敏感的視蛋白。借助病毒載體，這些視蛋白得以在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)，使神經(jīng)細(xì)胞的活動能夠被光信號開關(guān)所控制。

研究人員給動物的膀胱套上一個柔軟、有彈性的應(yīng)變計，它可以隨著膀胱的充盈和排空而拉伸或收縮。同時植入的還有一對微型無機(jī)發(fā)光二極管（μ-ILED），用來直接照射膀胱，進(jìn)行光控制。這套系統(tǒng)使用藍(lán)牙通信向外部的手持設(shè)備發(fā)送信號，研究者可以實時讀取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和分析，使用簡單的算法來檢測膀胱何時充滿，何時排空，以及動物是不是尿頻。

▲植入設(shè)備由五個關(guān)聯(lián)部分組成：一個柔軟、有彈性的應(yīng)變計，一對用來給光的微型無機(jī)發(fā)光二極管（μ-ILED），一片薄薄的基站用于雙向通信和無線操控，提供電力的單元，以及裝在手持設(shè)備上的用戶軟件（圖片來源：參考資料[1]）

“如果檢測到膀胱頻繁排空，外部設(shè)備就會發(fā)出信號，激活體內(nèi)的微型LED，給膀胱的感覺神經(jīng)元打光。”研究人員解釋說，“接收到光信號后，感覺神經(jīng)元的活動會減弱，恢復(fù)膀胱正常功能。”

▲這套閉環(huán)操作系統(tǒng)只有在檢測到排尿問題時才提供光刺激，當(dāng)生物體表現(xiàn)正常時，微型LED會關(guān)掉，停止刺激。（圖片來源：參考資料[1]）

研究團(tuán)隊在膀胱功能障礙的雌性大鼠體內(nèi)植入了這種設(shè)備，來觀察其效果。植入后的7天內(nèi)，動物沒有明顯炎癥反應(yīng)或體重/運(yùn)動變化，說明植入設(shè)備沒有給動物帶來可見的身心傷害。藥物誘導(dǎo)大鼠出現(xiàn)排尿問題后，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r自動識別出病理類型，并觸發(fā)LED刺激膀胱神經(jīng)做出反應(yīng)，使大鼠恢復(fù)正常的膀胱功能。

▲這張CT圖顯示了大鼠膀胱處植入的新型刺激系統(tǒng)（圖片來源：參考資料[1]）

在實驗動物身上獲得的測試效果為將來應(yīng)用于人類帶來了希望。研究人員認(rèn)為，把設(shè)備適當(dāng)按比例放大，類似的系統(tǒng)也可以在人的身上發(fā)揮作用。長期來看，這項技術(shù)原理或許還可以帶來更廣泛的生物學(xué)應(yīng)用，比如利用光信號刺激胰腺分泌胰島素，刺激脊髓神經(jīng)治療慢性疼痛，等等。

在充滿賽博朋克氣息的科幻世界里，人類和機(jī)械完美地融合為一體，增強(qiáng)自身的機(jī)能。本次的研究成果則向我們表明，科幻成為現(xiàn)實的那一天，或許離我們已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

原標(biāo)題：給膀胱裝個燈就能控制噓噓？登上《自然》的是什么“黑科技”

參考資料

[1] Aaron D. Mickle, et al. (2019), Awireless closed-loop system for optogenetic peripheral neuromodulation. Nature.DOI:10.1038/s41586-018-0823-6

[2] Tiny, implantable device uses light to treat bladder problems, Retrieved January 3, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/wuso-tid122818.php