Ученые теперь могут манипулировать клетками мозга с помощью смартфона — ScienceDaily
Группа ученых из Кореи и США изобрела устройство, которое может управлять нейронными цепями с помощью крошечного мозгового имплантата, управляемого смартфоном.
Исследователи, опубликовавшие в журнале Nature Biomedical Engineering , считают, что устройство может ускорить работу по выявлению заболеваний головного мозга, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, зависимость, депрессия и боль.
Устройство, использующее сменные картриджи с лекарствами в стиле Lego и мощный Bluetooth с низким энергопотреблением, может нацеливаться на определенные интересующие нейроны с помощью лекарств и света в течение продолжительных периодов времени.
«Беспроводное нейронное устройство обеспечивает хроническую химическую и оптическую нейромодуляцию, чего раньше никогда не было», — сказал ведущий автор Раза Кази, исследователь из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и Университета Колорадо в Боулдере.
Кази сказал, что эта технология значительно затмевает традиционные методы, используемые нейробиологами, которые обычно используют жесткие металлические трубки и оптические волокна для доставки лекарств и света. Помимо ограничения движения субъекта из-за физического соединения с громоздким оборудованием, их относительно жесткая структура со временем вызывает повреждение мягких тканей головного мозга, что делает их непригодными для долгосрочной имплантации. Хотя были предприняты некоторые усилия для частичного смягчения неблагоприятной реакции тканей за счет включения мягких зондов и беспроводных платформ, предыдущие решения были ограничены их неспособностью доставлять лекарства в течение длительных периодов времени, а также их громоздкими и сложными настройками управления.
Чтобы обеспечить постоянную беспроводную доставку лекарств, ученым пришлось решить серьезную проблему истощения и испарения лекарств. Исследователи из Корейского передового института науки и технологий и Вашингтонского университета в Сиэтле совместно изобрели нейронное устройство со сменным картриджем с лекарством, которое могло бы позволить нейробиологам изучать одни и те же мозговые цепи в течение нескольких месяцев, не беспокоясь о том, что лекарства закончатся.
Эти картриджи с лекарствами «включай и работай» были собраны в мозговой имплантат для мышей с мягким и ультратонким зондом (толщиной человеческого волоса), который состоял из микрожидкостных каналов и крошечных светодиодов (меньше крупинки соли) , для неограниченных доз наркотиков и легкой доставки.
Управляя элегантным и простым пользовательским интерфейсом на смартфоне, нейробиологи могут легко вызвать любую конкретную комбинацию или точную последовательность доставки света и лекарств у любого животного-мишени без необходимости физического присутствия в лаборатории. Используя эти беспроводные нейронные устройства, исследователи также могут легко настраивать полностью автоматизированные исследования на животных, в которых поведение одного животного может положительно или отрицательно влиять на поведение других животных путем условного включения света и/или доставки лекарств.
«Это революционное устройство является плодом передового дизайна электроники и мощной микро- и нанотехнологии», — сказал Чжэ-Вун Чжон, профессор электротехники в KAIST.
«Мы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии для создания мозгового имплантата для клинического применения».
Майкл Брухас, профессор анестезиологии, медицины боли и фармакологии в Медицинской школе Вашингтонского университета, сказал, что эта технология во многом поможет исследователям.
«Это позволяет нам лучше анализировать нейронные цепи, лежащие в основе поведения, и то, как определенные нейромодуляторы в мозге настраивают поведение различными способами», — сказал он. «Мы также стремимся использовать это устройство для сложных фармакологических исследований, которые могут помочь нам разработать новые методы лечения боли, зависимости и эмоциональных расстройств».
Исследователи из группы Чон из KAIST разрабатывают мягкую электронику для носимых и имплантируемых устройств, а нейробиологи из лаборатории Брукаса в Вашингтонском университете изучают мозговые цепи, которые контролируют стресс, депрессию, зависимость, боль и другие нервно-психические расстройства.
Эти глобальные совместные усилия инженеров и нейробиологов в течение трех лет подряд и десятков итераций дизайна привели к успешной проверке этого мощного мозгового имплантата на свободно движущихся мышах, что, по мнению исследователей, действительно может ускорить обнаружение мозга и его заболеваний.
Эта работа была поддержана грантами Национального исследовательского фонда Кореи, Национального института здравоохранения США, Национального института по борьбе со злоупотреблением наркотиками и профессора Маллинкродта.
Перелом нижней челюсти: трансоральная фиксирующая минипластина 2,0 мм плюс челюстно-нижнечелюстная фиксация в течение 1 недели
Лечение перелома нижней челюсти является основным в лечении челюстно-лицевой травмы. Успешное лечение перелома нижней челюсти приводит к анатомическому сращению костей с восстановлением нормальной окклюзии и функции. Хотя существует всеобщее согласие в отношении основных терапевтических принципов вправления и стабилизации, множество принятых в настоящее время методов лечения указывает на отсутствие консенсуса.
История
Предлагаемое лечение переломов нижней челюсти претерпело значительные изменения за последние три десятилетия. Два метода открытой репозиции, жесткая внутренняя фиксация (RIF) и адаптивная фиксация минипластинами, заменили использование проволочного остеосинтеза и пролонгированной челюстно-нижнечелюстной фиксации (MMF). К преимуществам как РИФ, так и фиксации минипластинами при минимальных периодах ММФ относятся ранняя мобилизация и восстановление функции челюсти, контроль проходимости дыхательных путей, нутриционный статус, улучшение речи, лучшая гигиена полости рта, комфорт пациента и более раннее возвращение к работе.
Принципы и методы RIF были разработаны и популяризированы в результате исследований, проведенных Arbeitsgemeinschaft fur Osteosynthesefragen (AO/ASIF) в Европе в 1970-х годах. Основные принципы АО были изложены Spiessl и предусматривают первичное заживление костей в условиях абсолютной стабильности. Жесткая внутренняя фиксация должна нейтрализовать все силы — растяжение, сжатие, скручивание, сдвиг, — возникающие во время функциональной нагрузки на нижнюю челюсть, чтобы обеспечить немедленную функцию без MMF (рис.
1). Это достигается за счет межфрагментарной компрессии в нижнечелюстном углу с применением динамической компрессионной пластины (DCP) или реконструктивной пластины для противодействия сдавлению на нижнем крае и меньшей пластины натяжения на верхнем крае нижней челюсти для противодействия силам растяжения (рис. . 2 ).
Сдавление нижнего края нижней челюсти; напряжение в области альвеолярного гребня.
Рис. 2DCP на нижнем крае; пластина натяжной ленты на верхнем крае нижней челюсти.
Этот метод открытой репозиции, внутренней фиксации (ORIF) переломов нижней челюсти, который обычно выполняется чрескожно, имеет несколько недостатков, включая увеличение времени операционной, риск пареза лицевого нерва и риск образования гипертрофического рубца. Возможно, большее значение имеет сообщение о высоком уровне инфицирования, от 6% до 32%, связанном с этим методом. Тот факт, что RIF переломов нижней челюсти требует высокой технической чувствительности и требовательности, подтверждается отчетом Assael о частоте осложнений 24% во время применения пластин in vitro в лабораторном исследовании RIF.
Примерно в то же время, когда Spiessl излагал доктрину AO, Michelet и его коллеги, а также Champy и коллеги во Франции разрабатывали концепцию адаптивного остеосинтеза минипластинами. Champy выступал за трансоральное размещение небольших, тонких, податливых минипластин из нержавеющей стали с монокортикальными винтами вдоль идеальной линии остеосинтеза нижней челюсти (рис. 3). Champy, Lodde и коллеги представили биомеханические исследования, направленные на подтверждение концепции функционально ориентированной адаптации и фиксации минипластины. Минипластины достигают цели остеосинтеза, нейтрализуя нежелательные силы растяжения, сохраняя при этом благоприятные силы сжатия во время функционирования. Champy считал, что компрессионные пластины не нужны из-за жевательных сил, которые вызывают естественное напряжение сжатия вдоль нижнего края нижней челюсти.
Рис. 3Линия идеального остеосинтеза Шампи.
Преимущества адаптивной фиксации минипластинами переломов нижней челюсти многочисленны: трансоральная процедура без риска пареза лицевого нерва или гипертрофического рубца, сокращение времени операции, простота адаптации минипластин, возможность подтверждения окклюзии во время процедуры и ранняя мобилизация пациента.
Существуют ограничения на использование минипластин при лечении переломов нижней челюсти. Они не такие жесткие, как DCP или реконструктивные пластины, что может привести к торсионным движениям сегментов перелома при функциональной нагрузке. Поэтому следует избегать фиксации минипластинами при оскольчатых или инфицированных переломах, а также при переломах без адекватной костной опоры. В этих случаях показано несущее устройство фиксации (DCP или реконструктивная пластина), а не минипластина для распределения нагрузки.
Эллис и другие провели несколько исследований по использованию адаптивной фиксации минипластинами переломов нижней челюсти без послеоперационной MMF. Частота осложнений колеблется от 16% до 28%. Поэтому рекомендуется короткий послеоперационный период ММФ, чтобы укрепить натяжную повязку, позволить повторно прикрепить салфетку из мягких тканей и стабилизировать окклюзию.
Эволюция протокола лечения переломов в больнице округа Кингс
За 15 лет, с 1992 по 2007 год, Служба челюстно-лицевой хирургии больницы Kings County Hospital/SUNY Brooklyn вылечила 2311 переломов нижней челюсти у 149 человек.0 пациентов. Из них 54 случая потребовали повторной операции или повторной госпитализации с общей частотой осложнений 2,4%. Заживление кости было удовлетворительным в 99% случаев. Больница продолжает развивать наш протокол лечения переломов нижней челюсти, чтобы оставаться эффективным и экономичным.
С 1993 по 1998 год в больнице Kings County Hospital/SUNY Brooklyn было проведено четыре проспективных клинических испытания DCP. Во всех четырех испытаниях применялся чрескожный внеротовой доступ для ORIF переломов нижней челюсти. Результаты всех четырех клинических испытаний были представлены на последовательных стендовых сессиях ежегодных собраний Американской ассоциации челюстно-лицевых хирургов. В 1993 изучалась система DCP 2,7 мм с 3 нед ММФ; 1% инфекции, требующей удаления пластины, и 99% удовлетворительного заживления кости.
Во втором исследовании, проведенном в 1994 г., 2,7-мм ДКП с 2-недельным курсом ММФ показали 1,8% инфицирования и 98,2% заживления кости. В третьем исследовании, проведенном в 1995 г., использовали более низкий профиль 2,3-мм ДКП с 2-недельным курсом ММФ; отмечено одно осложнение фиброзного сращения (3,3%) и заживление кости на 96,7%. В 1998 году в четвертом исследовании изучали 2,3-мм DCP с 1 неделей MMF; четыре осложнения (12%) и 9Задокументирована скорость заживления кости 6,7%.
В связи с растущим интересом к адаптивной фиксации переломов нижней челюсти минипластинами исследователи из больницы Kings County Hospital/SUNY Brooklyn провели проспективное клиническое исследование трансоральной фиксации переломов нижней челюсти минипластинами диаметром 2,0 мм плюс 2 недели MMF. Результаты этого исследования минипластин были опубликованы в Журнале челюстно-лицевой хирургии (JOMS), 2002 г. В этом исследовании 44 перелома нижней челюсти у 31 пациента лечили с помощью трансоральной 2,0-мм неблокирующей минипластины, расположенной по линии идеального остеосинтеза Шампи плюс 2 недели ММФ.
Результаты этих данных показали два незначительных осложнения в виде расхождения швов внутриротовой раны (4,52%) и 100% удовлетворительное заживление кости.
С развитием более стабильной конструкции 2,0-мм запираемой минипластины (LMP) (Synthes челюстно-лицевой, Paoli, PA) (рис. 4) авторы предположили, что они могут сократить период послеоперационной MMF с 2 недель до 1 неделя. С 2002 по 2004 год авторы пролечили 50 переломов нижней челюсти у 34 пациентов с помощью 2,0-мм LMP плюс 1 неделя MMF (опубликовано в JOMS, 2005). Наблюдались три осложнения (6%): расхождение швов раны, потребовавшее местного ухода за раной и перорального приема антибиотиков, незначительная аномалия прикуса, потребовавшая корректировки прикуса, и фиброзное несращение, потребовавшее трех дополнительных недель ММФ. Первичное заживление кости было достигнуто в 98% случаев. Фиброзное несращение было результатом неправильного выбора случая двустороннего перелома нижней челюсти без адекватной костной опоры. Это осложнение можно было бы предотвратить, используя устройство фиксации, несущее нагрузку (DCP или реконструктивная пластина), а не LMP с разделением нагрузки.
Система LMP 2 мм с резьбовой головкой и отверстиями в пластине.
В больнице Kings County Hospital/SUNY Brooklyn авторы продолжили свои проспективные клинические испытания трансоральной 2,0-мм LMP плюс 1 неделя MMF с 2004 по 2008 год (таблица 1). На этом вторичном этапе исследования авторы пролечили 159переломы нижней челюсти у 93 человек; В эту когорту было включено 92 угловых перелома. Исключения включали переломы мыщелка, требующие 2-недельного курса MMF, оскольчатые или инфицированные переломы, а также субъекты, которым противопоказан короткий период MMF (эпилепсия, тяжелая астма, психические заболевания). У субъектов наблюдались осложнения: расхождение пластин, инфекция мягких тканей, несращение, неправильный сращение, неправильный прикус, остеомиелит, остеолиз пластины или винтов, ятрогенное повреждение нерва, повреждение зубов. За всеми пациентами наблюдали в течение как минимум 6 недель до снятия дуговых стержней с панорамными рентгенограммами раз в две недели.