嵌入纤维以消除阿尔茨海默病中记忆丧失的挂毯

在美国，每65秒就有一人患上阿尔茨海默病，这是一种破坏性的痴呆，影响着620万美国人。

虽然阿尔茨海默病最初是在近 120 年前发现的，但它是一种进行性神经系统疾病，无法治愈且治疗方法很少。它从轻微的记忆丧失开始，随着时间的推移，发展到精神衰退，如此严重，个人甚至难以吞咽。

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、残酷影响，它蹂躏了她祖母的心灵，摧毁了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——我亲眼目睹了它有多糟糕，”贾说。“这就是为什么我作为一名电气工程师感到担忧。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美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的高优先级短期拨款如此令人心酸。

构建新光纤

作为神经纤维领域的先驱，贾樟柯与弗吉尼亚大学神经科学教授兼主席Harald Sontheimer和圣路易斯华盛顿大学生物医学工程副教授脑成像专家胡松合作，开发了一种新的神经工具：深脑多用途纤维。

他们的目标是什么？减缓或逆转记忆丧失。

“我们在这里共同做的是创造一种设备，我们可以用它来可视化生物标志物的积累，这些生物标志物是阿尔茨海默病的罪魁祸首，”Sontheimer说。“通常你无法进入或成像大脑的那部分，但这个设备将提供对海马体的访问，海马体是空间记忆和记忆的家园。

该团队有一年的时间来构建一种微创的长期纤维 – 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。

神经科学家目前的电学和成像工具在分辨率上受到时间和空间的限制，例如MRI或脑电图。有些电极更具侵入性，医生需要用这些电极“钓鱼”，试图对大脑深部施加电刺激。

“阿尔茨海默氏症研究中的一个大问题是，大脑中有很多功能障碍与神经血管变化有关，”胡说，“但我们并不完全了解这些变化如何影响记忆丧失和行为，最终损害他们的生活。传统技术提供了对神经元和脉管系统的重要理解，但存在技术局限性。

贾樟柯将构建的超级纤维因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和持久的潜力意味着更少的复杂手术，以及更多的时间与家人在一起。

打败存款

“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症状之前数年甚至数十年就开始发展，”贾说。“矿床是如何开始的仍然是一个谜。

根据贾的说法，阿尔茨海默病与沉积物之间还没有证实的因果关系。然而，斑块堆积与症状发作之间的关系是该团队研究的指导重点，每位研究人员在创造这种首创纤维时都承担着一个关键组成部分：

• 基于她获得美国国家科学基金会教师早期职业发展 （CAREER） 奖的专业知识，贾将热拉出一种用于电刺激和药物输送的多功能纤维，留下一个空心芯。
• 在这个核心中，胡的双模内窥镜将用于在大脑中捕捉两种不同类型的图像。
• Sontheimer 将开发组合纤维的“慢性”植入并监测生物相容性。

该团队的目标之一是使用内窥镜。它将为团队提供图像，用于观察神经活动、淀粉样蛋白沉积的初始阶段和血管中的血流。该团队将使用这些数据来分析记忆丧失与淀粉样蛋白的关系。

目标二是发送电脉冲 – 然后是抗淀粉样蛋白药物 – 希望重建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，那就是。该团队只有 12 个月的时间来开发和测试两个原型。

“这是一个非常雄心勃勃的目标，我们正在努力在一年内完成，”贾说。“大脑非常微妙，有超过800亿个神经元，我们仍然落后于完全了解大脑的功能以及疾病是如何形成的。

实现其目标将使纤维团队能够从美国国立卫生研究院寻求额外的多年资金。最终的希望是什么？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美国人的生活质量。