电极袖套改进了使用电来治愈的医疗方法的测试

随着 MouseFlex 的开发，西弗吉尼亚大学的工程师正在向“生物电子医学”迈出重要一步，这是一种使用电流治疗疼痛和疾病的尖端方法。该设备将促进对称为“迷走神经刺激”或 VNS 的技术的研究。

小鼠模型中的急性 VNS 并监测其心率和呼吸率作为刺激功效的生物标志物。(a) 小鼠模型急性 VNS 示意图，(b) 小鼠模型急性 VNS 放大示意图，(c) 小鼠模型急性 VNS 光学图像，(d) 小鼠心脏速率变化作为通道 1 刺激电流的函数，(e) 小鼠心率变化作为通道 2 刺激电流的函数，(f) 小鼠呼吸速率变化作为通道 1 刺激电流的函数，(g) 小鼠呼吸频率随通道 2 的刺激电流而变化，比例尺 = 1 毫米。

迷走神经负责不自主的身体功能，例如心率、呼吸和消化。

由于必须先对小鼠进行 VNS 试验，然后才能在人体上测试新的生物电子疗法，因此 MouseFlex——一种形成袖口形状的微型电极，就像衬衫袖子的袖口一样——适合小鼠的迷走神经并提供电脉冲。

根据其开发人员的说法，MouseFlex 在承受流过它的电流和它在手术过程中维持的处理方面优于现有技术。

西弗吉尼亚大学研究人员创建的 MouseFlex 电极将推进迷走神经刺激测试，迷走神经刺激是一种尖端的生物电子治疗方法，适用于从癫痫到关节炎再到高血压的各种疾病。在这里，机械和航空航天工程博士生 Justin Vankirk 从硅晶片上释放出微加工的 MouseFlex 电极，并将焊料集成到用于电化学测试的设备上。

Benjamin M. Statler 工程与矿产资源学院研究助理教授、生物医学工程师 Tao Sun 表示，MouseFlex 不仅可以更有效地对啮齿动物进行 VNS 治疗试验，而且其设计可以适应人类。

“这项研究很重要，因为我们的柔性电极在电刺激后仍能发挥作用，”Sun 说。“它们与小鼠迷走神经实现了亲密接触，并且可以耐受手术操作。MouseFlex 将立即使神经科学家和神经工程研究人员受益，但耐药性疾病患者才是远距离受益者。”

西弗吉尼亚大学开发的可长期植入的 MouseFlex 设备具有专门的导线和连接器系统。

“迷走神经刺激用于患有耐药性癫痫等疾病的患者，”机械与航空航天工程系副教授 Loren Rieth 说。

“VNS 设备通过刺激颈部的左侧迷走神经来治疗这些病症，调整协调身体器官系统功能的神经信号。迷走神经将你的大脑连接到心脏、肺或胃等器官。‘迷走神经’这个名字'指的是'流浪者'，作为神经分支和传播以将这些器官与你的大脑连接起来。”

Rieth 说，人类颈部的迷走神经分支“直径约为十分之一英寸，大约有 100,000 根神经纤维。煮熟的意大利面很好地类比了人类迷走神经的大小和‘柔软度’，但我们的研究涉及小鼠的迷走神经，其直径比一根粗头发的直径小 20 倍。安装在该神经周围的 MouseFlex 电极比人的头发细约 10 倍。”

由于小鼠迷走神经和电极的尺寸都较小，因此与神经连接以及电极在整个电刺激过程中保持稳定一直具有挑战性。

Sun 表示，他对 MouseFlex 应对这些挑战的表现感到惊讶。

“这种水平的电极坚固性是罕见的，非常令人兴奋，”他说。“所有 MouseFlex 电极在以 8 毫安电流进行 10 亿次电刺激后仍保持功能——这是我迄今为止在同行研究中看到的最激进的电刺激。”

“在我们进行手术后，取出电极并进行清洁，电化学性能在很大程度上逆转到手术前的水平，这意味着这些电极确实可以耐受手术处理。这对于临床研究和商业化非常重要。 ”

WVU 研究员 Loren Rieth 演示了机电测试仪，该测试仪可用于表征连接神经电极和刺激器的电导线的寿命。

Rieth 估计全世界大约有 125,000 人使用 VNS 刺激器治疗癫痫或抑郁症。然而，正在评估 VNS 治疗的一种新病症是类风湿性关节炎，这是一种自身免疫病症，免疫系统会攻击身体的关节。

一家名为 SetPoint Medical 的公司正在对 VNS 进行一项治疗类风湿性关节炎的多中心临床试验，洛克菲勒神经科学研究所 WVU 医学院神经外科系主任 Peter Konrad 博士正在领导一个临床试验点健康科学。

“如果类风湿性关节炎等自身免疫性疾病的治疗有效，并且为此目的批准了设备，那么 VNS 患者的数量可能会显着增加，”Rieth 预测，并指出其他可能对生物电子治疗产生反应的广泛医疗条件，包括反应性呼吸道疾病和心脏病。

“VNS 系统没有重大的安全问题，”他说。“放置电极和刺激器的手术确实有风险，但神经外科医生遵循既定的程序。可能会有副作用，例如刺激引起的声音变化，癫痫每隔几分钟就会发生一次，但这些很少需要关闭刺激器。当然，新的治疗方法可能有不同的安全问题，这是美国食品和药物管理局审查过程的关键部分。”

Sun 指出，使用 MouseFlex 等柔性电极进行迷走神经刺激显示出希望的其他几种情况：抑郁症、肥胖症和高血压，也称为高血压。

“对于许多耐药患者来说，可靠和安全的迷走神经调节为有效治疗开辟了新途径，几乎没有或没有副作用，”Sun 说。“而且我们的 MouseFlex 技术还可以连接迷走神经以外的神经——例如坐骨神经、骶神经和脊髓。刺激脊髓可有效控制慢性疼痛，并可以恢复瘫痪患者失去运动的能力。”