Foto via Ben Maoz Lab.
Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv komen met een nieuwe en baanbrekende technologie die hoop geeft aan mensen die na een amputatie of verwonding hun 'gevoel' in de zenuwen van een ledemaat hebben verloren.
De technologie omvat een kleine sensor die wordt geïmplanteerd in de zenuw van het gewonde ledemaat, bijvoorbeeld in de vinger, en direct is verbonden met een gezonde zenuw. Elke keer dat het ledemaat een voorwerp aanraakt, wordt de sensor geactiveerd en geleidt deze een elektrische stroom naar de functionerende zenuw, die het gevoel van aanraking herschept. De onderzoekers benadrukken dat dit een geteste en veilige technologie is die geschikt is voor het menselijk lichaam en overal in het lichaam kan worden geïmplanteerd zodra klinische proeven zijn uitgevoerd.
De technologie is ontwikkeld onder leiding van een team van experts van de Universiteit van Tel Aviv: Dr. Ben M. Maoz, Iftach Shlomy, Shay Divald en Dr. Yael Leichtmann-Bardoogo van het Department of Biomedical Engineering, Fleischman Faculty of Engineering, in samenwerking met Keshet Tadmor van de Sagol School of Neuroscience en Dr. Amir Arami van de Sackler School of Medicine en de afdeling Microchirurgie van de afdeling Handchirurgie van het Sheba Medical Center. De studie werd gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift ACS Nano.
De onderzoekers zeggen dat dit unieke project begon met een ontmoeting tussen de twee collega's van de Universiteit van Tel Aviv, biomedisch ingenieur Dr. Maoz en chirurg Dr. Arami.
"We hadden het over de uitdagingen waarmee we in ons werk worden geconfronteerd", zegt Dr. Maoz, " en Dr. Arami deelde met mij de moeilijkheid die hij ervaart bij het behandelen van mensen die het gevoel in een of ander orgaan hebben verloren als gevolg van een blessure. Het moet duidelijk zijn dat dit verlies van gevoel het gevolg kan zijn van een zeer breed scala aan verwondingen, van kleine verwondingen - zoals iemand die een salade hakt en zichzelf per ongeluk met het mes snijdt - tot zeer ernstige verwondingen. Zelfs als de wond kan worden genezen en de gewonde zenuw kan worden gehecht, blijft in veel gevallen het gevoel beschadigd. We hebben besloten om deze uitdaging samen aan te gaan en een oplossing te vinden die 'het gevoel' zal herstellen van degenen die het zijn kwijtgeraakt.”
In de afgelopen jaren zijn er op het gebied van neurale prothesen veelbelovende ontwikkelingen gemaakt om het leven te verbeteren van degenen die het gevoel in hun ledematen hebben verloren door sensoren te implanteren in plaats van de beschadigde zenuwen. Maar de bestaande technologie heeft een aantal belangrijke nadelen, zoals complexe fabricage en gebruik, evenals de noodzaak van een externe stroombron, zoals een batterij.
Nu hebben de onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv state-of-the-art technologie, een tribo-elektrische nanogenerator (TENG), gebruikt om een kleine sensor te ontwerpen en te testen op diermodellen die de tactiele sensatie herstelt via een elektrische stroom die rechtstreeks van een gezonde zenuw komt en geen ingewikkeld implantatieproces of opladen vereist.
Tribo-elektrische nanogenerator (TENG). Foto Ben Maoz labatory
De onderzoekers ontwikkelden een sensor die op een beschadigde zenuw van bijvoorbeeld een vinger, onder de vingertop kan worden geïmplanteerd. De sensor maakt verbinding met een andere zenuw die goed functioneert en herstelt een deel van de tactiele sensatie naar de vinger. Deze unieke ontwikkeling vereist geen externe stroombron zoals elektriciteit of batterijen. De onderzoekers leggen uit dat de sensor eigenlijk werkt op wrijvingskracht: wanneer het apparaat wrijving voelt, laadt het zichzelf op.
Het apparaat bestaat uit twee kleine plaatjes van minder dan een halve centimeter bij een halve centimeter. Wanneer deze platen met elkaar in contact komen, geven ze een elektrische lading af die wordt doorgegeven aan de onbeschadigde zenuw. Wanneer de gewonde vinger iets aanraakt, laat de aanraking spanning los die overeenkomt met de druk die op het apparaat wordt uitgeoefend - zwakke spanning voor een zwakke aanraking en sterke spanning voor een sterke aanraking - net als bij een normaal gevoel.
De onderzoekers leggen uit dat het apparaat overal in het lichaam kan worden geïmplanteerd waar het tactiele gevoel moet worden hersteld, en dat het eigenlijk de beschadigde sensorische organen omzeilt. Bovendien is het apparaat gemaakt van biocompatibel materiaal dat veilig is voor gebruik in het menselijk lichaam, geen onderhoud nodig heeft, de implantatie eenvoudig is en het apparaat zelf niet extern zichtbaar is.
Volgens Dr. Maoz, werd na het testen van de nieuwe sensor in het lab (met meer dan een half miljoen vingertikken met het apparaat), het door de onderzoekers geimplanteerd in de voeten van de diermodellen. De dieren liepen normaal, zonder enige schade aan hun motorische zenuwen, en uit de tests bleek dat de sensor hen in staat stelde te reageren op zintuiglijke prikkels.
"We hebben ons apparaat getest op diermodellen en de resultaten waren zeer bemoedigend", besluit Dr. Maoz. “Vervolgens willen we het implantaat testen op grotere modellen en in een later stadium onze sensoren implanteren in de vingers van mensen die niet meer kunnen voelen. Het herstellen van dit vermogen kan het functioneren en de kwaliteit van leven van mensen aanzienlijk verbeteren en, nog belangrijker, hen beschermen tegen gevaar. Mensen die geen gevoel hebben hebben, kunnen niet voelen of hun vinger wordt verpletterd, verbrand of bevroren."
