嵌入纤维以消除阿尔茨海默病造成的记忆丧失

每 65 秒，就有一人患上阿尔茨海默病，这是一种毁灭性的痴呆症，影响着 620 万人。

尽管阿尔茨海默病在大约 120 年前就被首次发现，但它是一种进行性神经系统疾病，无法治愈，治疗方法也很少。一开始会出现轻微的记忆丧失，随着时间的推移，会发展为严重的智力衰退，甚至吞咽困难。

布拉德利电气与计算机工程系副教授贾晓婷经历了阿尔茨海默病的直接、残酷的影响，它蹂躏了她祖母的心灵，摧毁了她对长寿和热爱生活的记忆。

“阿尔茨海默氏症是一个毁灭性的问题——我亲眼目睹了它的严重程度，”贾说。“这就是为什么我作为一名电气工程师对此感到担忧。我想构建工具并尝试帮助神经科学家解决大脑问题。”

正是这种个人联系使得国立卫生研究院的高优先级短期资助 如此令人心酸。

构建新型光纤

作为神经纤维领域的先驱，贾博士与长期合作者、弗吉尼亚大学神经科学系教授兼系主任 Harald Sontheimer以及脑成像专家、圣路易斯华盛顿大学生物医学工程副教授胡松(Song Hu) 合作，在开发一种新的神经工具：深层大脑、多用途纤维。

他们的目标是什么?减缓或逆转记忆丧失。

之前的预制件通过贾晓婷的热纤维拉丝塔拉出的示例。随着拉动，预成型件变得越来越薄，形成容纳不同纤维或长丝的管。本·墨菲 (Ben Murphy) 为弗吉尼亚理工大学拍摄的照片。

Sontheimer 说：“我们在这里共同做的是创建一种设备，通过该设备我们可以可视化导致阿尔茨海默病的生物标志物的积累。” “通常你无法访问或成像大脑的这一部分，但该设备将提供对海马体的访问，海马体是空间记忆和保留的所在地。”

该团队有一年的时间来构建一种微创的长期纤维(不比一根头发粗多少)来研究这些生物标志物，包括海马体中称为淀粉样蛋白的厚蛋白质沉积物。

神经科学家目前使用的电子和成像工具在时间和空间上的分辨率都受到限制，例如 MRI 或脑电图。有些更具侵入性，医生需要用大电极“钓鱼”，试图对深部大脑施加电刺激。

胡说：“阿尔茨海默氏症研究中的一个大问题是大脑中存在许多与神经血管变化有关的功能障碍，但我们并不完全了解这些变化如何影响记忆丧失和最终损害他们生活的行为。传统技术提供了对神经元和脉管系统的重要理解，但存在技术限制。”

贾将建造的超级纤维由于其柔性聚合物平台而从其他现有技术中脱颖而出。脑组织几乎没有损伤，并且具有持久的潜力，这意味着复杂的手术更少，并且有更多的时间与家人在一起。

击败存款

“淀粉样蛋白沉积是 AD [阿尔茨海默病] 的主要特征，它们在人们出现 AD 症状之前几年甚至几十年就开始形成，”贾说。“沉积物是如何开始的仍然是个谜。”

贾表示，目前尚未证实阿尔茨海默病与沉积物之间存在因果关系。然而，牙菌斑积聚与症状出现之间的关系是该团队研究的指导重点，每位研究人员都在创造这种首创纤维的过程中发挥了关键作用：

基于她在国家科学基金会教师早期职业发展(CAREER)奖中强调的专业知识，贾将热拉出用于电刺激和药物输送的多功能纤维，留下空心芯。

胡的双模式内窥镜将位于该核心中，用于捕获大脑中两种不同类型的图像。

Sontheimer 将开发组合纤维的“长期”植入并监测生物相容性。

贾晓婷展示了该团队将在研究中使用的嵌入纤维的一个例子。弗吉尼亚理工大学的 Peter Means 摄。

该团队的目标之一是利用内窥镜。它将向团队提供图像，用于观察神经活动、淀粉样蛋白沉积的初始阶段以及血管中的血流。研究小组将利用这些数据来分析记忆丧失与淀粉样蛋白的关系。

第二个目标是发送电脉冲——后来是抗淀粉样蛋白药物——希望能够重新建立死亡神经元的血流和氧合并恢复记忆。

如果这听起来很复杂——确实如此。而团队只有 12 个月的时间来开发和测试两个原型机。

“这是一个非常雄心勃勃的目标，我们正在努力在一年内实现，”贾说。“大脑拥有超过 800 亿个神经元，结构非常微妙，但我们在充分了解大脑如何运作以及疾病如何形成方面仍然落后。”

实现其目标将使纤维团队能够从国立卫生研究院寻求额外的多年资助。最终的希望?研究人员将能够证明他们的技术有可能改善数百万受阿尔茨海默病影响的人的生活质量。

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