磁性微线圈解锁神经退行性疾病的靶向单神经元疗法

神经刺激是一种医疗技术，用于治疗许多影响神经系统的疾病。它涉及向神经元施加能量，以鼓励它们生长并与邻居建立联系。癫痫的治疗通常包括神经刺激，帕金森病、慢性疼痛和一些精神疾病也有类似的治疗方法。

在AIP 出版的《真空科学与技术杂志 A》中，明尼苏达大学的研究人员部署了一系列微型线圈(微线圈)来创建磁场并刺激单个神经元。

现有设备是有效的，但缺乏某些应用所需的必要精度，例如人工耳蜗或迷走神经刺激器。

“市场上有几种神经刺激设备——有些已经获得 FDA 批准用于患者试验，有些正在等待批准，”作者 Renata Saha 说。“但每种设备都有一个缺点——它们会刺激大量神经元，包括不应该被刺激的邻近细胞。医疗器械行业正在寻找一种能够以单细胞分辨率刺激神经元的设备或技术。”

萨哈和她的团队没有使用电极，而是改用磁性线圈。两个多世纪前，物理学家迈克尔·法拉第描述了流过线圈的电流如何产生磁场。然后，该磁场可以在任何附近的神经元中感应出电场——与电极产生的效果相同，但更精确。然而，这种技术有一个重大缺点。

“为了达到能够刺激神经元的所需电场阈值，这些微线圈需要驱动的电流量非常高，”萨哈说。 “这几乎是驱动电极达到相同阈值所需电流量的三倍。”

为了解决这个问题，团队进行了两项改进。首先，他们不是使用单个微线圈，而是使用八个线圈的阵列，这些线圈组合起来可以使用每个线圈少得多的电流来感应电场。作者通过采用软磁材料对这些微线圈阵列进行了进一步改进，提高了线圈的磁场强度。

“在微线圈的核心添加这些软磁材料可以增加电场，而无需增加通过微线圈的电流，”萨哈说。

研究人员构建了一个名为 MagPatch 的线圈阵列原型，并将其封装在生物相容性涂层内。然后他们用人类神经母细胞瘤细胞进行测试，通过施加化学刺激来证明其有效性。细胞受到刺激的影响而没有受到涂层的伤害，这表明该装置有可能在临床环境中使用。

作者计划继续开发和测试 MagPatch 设备，以确保其安全性和实用性。他们希望它有助于改进下一代人工耳蜗。

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