由西北大学领导的研究小组开发了一种小型、柔软、灵活的植入物，可按需缓解疼痛，无需使用药物。这种首创的设备可以为阿片类药物和其他高度成瘾的药物提供急需的替代品。
这种生物相容的水溶性装置通过轻柔地包裹神经来提供精确、有针对性的冷却，从而麻木神经并阻止向大脑发出疼痛信号。外部泵使用户能够远程激活设备，然后增加或减少其强度。在不再需要该装置后，它会自然地吸收到体内——无需进行手术提取。
研究人员认为，该设备可能对接受常规手术甚至截肢的患者最有价值，这些患者通常需要术后药物治疗。外科医生可以在手术过程中植入该设备，以帮助控制患者的术后疼痛。
该研究将发表在7月1日的《科学》杂志上。该论文描述了该设备的设计并在动物模型中展示了其功效。
“虽然阿片类药物非常有效，但它们也非常容易上瘾，”负责该设备开发的西北大学的约翰·A·罗杰斯(John A. Rogers)说。“作为工程师，我们的动力来自于不用药物治疗疼痛的想法——以一种可以立即打开和关闭的方式，用户可以控制缓解的强度。这里报道的技术利用的机制与导致疼痛的机制有一些相似之处“您的手指在寒冷时会感到麻木。我们的植入物允许以可编程的方式产生这种效果，直接和局部地针对目标神经，甚至是周围软组织深处的神经。”
作为生物电子学先驱，罗杰斯是麦考密克工程学院和西北大学范伯格医学院材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授。他还是Querrey Simpson生物电子学研究所的创始主任。乔纳森·里德（Jonathan Reeder），前博士。罗杰斯实验室的候选人，是该论文的第一作者。
尽管新设备听起来像科幻小说，但它利用了一个众所周知的简单、常见的概念：蒸发。与蒸发的汗水冷却身体的方式类似，该设备包含一种液体冷却剂，该液体冷却剂被诱导在感觉神经的特定位置蒸发。
* 手臂内可植入设备的图示。红色椭圆表示疼痛。该装置轻柔地包裹在周围神经周围，以使向大脑发出的信号静音。
“当你冷却神经时，穿过神经的信号变得越来越慢 - 最终完全停止，”该研究的合著者、圣路易斯华盛顿大学医学院的Matthew MacEwan博士说。“我们专门针对将你的大脑和脊髓与身体其他部位连接起来的外周神经。这些神经传达包括疼痛在内的感觉刺激。通过仅对一两个目标神经提供冷却效果，我们可以有效地调节身体某一特定区域的疼痛信号。”
为了产生冷却效果，该装置包含微小的微流体通道。一个通道包含液体冷却剂（全氟戊烷），它已在临床上被批准为超声造影剂和加压吸入器。第二个通道包含干燥的氮气，一种惰性气体。当液体和气体流入共用腔室时，会发生反应，导致液体迅速蒸发。同时，一个微型集成传感器监测神经的温度，以确保它不会变得太冷，否则可能会导致组织损伤。
“过度冷却会损害神经及其周围脆弱的组织，”罗杰斯说。“因此，必须精确控制冷却的持续时间和温度。通过监测神经温度，可以自动调整流速，以可逆、安全的方式设定阻止疼痛的点。正在进行的工作旨在定义整个过程保持完全可逆的时间和温度阈值。”
精密电源
虽然其他冷却疗法和神经阻滞剂已经过实验测试，但都有新设备克服的局限性。以前，研究人员已经探索过冷冻疗法，例如，用针头注射。这些不精确的方法不是针对特定神经，而是冷却大面积组织，可能导致组织损伤和炎症等不良影响。
西北大学的微型设备最宽处只有5毫米宽。一端卷曲成一个袖带，轻柔地缠绕在一根神经上，无需缝合。通过仅针对受影响的神经进行精确定位，该设备可以避免周围区域不必要的冷却，这可能会导致副作用。
“你不想无意中冷却其他神经或与传递疼痛刺激的神经无关的组织，”MacEwan说。“例如，我们想要阻止疼痛信号，而不是控制运动功能并使您能够使用您的手的神经。”
以前的研究人员还探索了使用电刺激来消除疼痛刺激的神经阻滞剂。这些也有局限性。
“如果不先激活它，你就不能用电刺激来关闭神经，”MacEwan说。“这会导致额外的疼痛或肌肉收缩，从患者的角度来看并不理想。”
消失的行为
这项新技术是罗杰斯实验室的第三个生物可吸收电子设备示例，该实验室于2012年引入了瞬态电子学的概念，发表在《科学》杂志上。2018年，Rogers、MacEwan及其同事展示了世界上第一个生物可吸收电子设备——一种可加速神经再生的可生物降解植入物，发表在《自然医学》上。然后，在2021年，Rogers及其同事推出了一种瞬态起搏器，发表在Nature Biotechnology上。
该装置的所有组件都具有生物相容性，可以在数天或数周内自然吸收到人体的生物流体中，无需手术提取。生物可吸收装置完全无害——类似于可吸收缝线。
这种柔软、有弹性的神经冷却装置只有一张纸那么厚，是治疗高度敏感神经的理想选择。
“如果你想到软组织、脆弱的神经和不断运动的身体，任何接口设备都必须能够轻松自然地弯曲、弯曲、扭曲和拉伸，”罗杰斯说。“此外，您希望该设备在不再需要后简单地消失，以避免手术切除的精细和危险程序。”
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