治疗神经退行性疾病的 新型神经修复装置

 

脊髓小脑性共济失调（SCA）和帕金森氏症（PD）是两种不可治愈的神经退行性疾病，患者常常会出现运动障碍和运动协调性障碍。城大神经科学系副系主任、副教授及实验动物研究中心主任马智谦博士，现正致力于研究新型神经修复装置，以改善患者的运动症状并提高他们的生活质量。

当大脑或外周神经系统中的神经元随着时间的推移失去功能并最终死亡时，就会发生神经退行性疾病。马博士专门研究损伤后中枢及外周神经系统再生的内在分子机制，他采用了多学科的方法，包括电生理学、分子生物学、解剖学、动物行为学及遗传学，并致力于推进脑部电刺激（DBS）治疗策略，以更好地帮助脊髓小脑性共济失调和帕金森氏症患者。

脊髓小脑性共济失调是指一组遗传的、进行性的神经退行性疾病，其特征是身体平衡、运动协调、言语和动眼神经障碍的丧失，全世界每十万人中就有五人受到影响。科学家们早已认识到小脑的重要性，小脑是大脑平衡和精细运动协调的中枢，是脊髓小脑性共济失调脑深部电刺激的治疗靶点。

避免副作用的闭环式脑深部电刺激术

“然而，传统的开环脑深部电刺激术涉及持续和过度的脑刺激，具有不良的副作用，同时也会降低脑深部刺激器的电池寿命，从而导致置换手术频率增加。据估计，在帕金森氏症患者中，超过50%的通过开环脑深部电刺激术持续传递的刺激是不必要的，患者可通过使用反馈生物标志物来避免过度刺激，就像在闭环脑深部电刺激术中一样。” 马博士解释道。为避免过度刺激，马博士和他的研究团队设计了一个“闭环”小脑深部核团（DCN）刺激器原型，仅在检测出肌肉中的症状性肌电图时才会触发。

研究团队目前正在测试这种刺激器原型在共济失调表型的基因工程小鼠中的治疗潜力。他们将通过肌电图记录不同运动阶段的肌肉活动和视频运动学，并同时记录小脑深部核团的神经活动，以确定症状性肌电图活动作为闭环脑深部电刺激术的反馈生物标志物。

马博士和他的团队将与生物医学工程学系的田翀博士合作，开发一种实时现场可编程门阵列（FPGA）算法, 以小脑深部核团的中间核为目标，闭合共济失调小鼠中的小脑回路。现场可编程门阵列系统旨在实时执行复杂的计算，在几毫秒内完成一秒所发生的实际活动。在进行进一步的电生理学和运动行为评估后，研究小组预计脊髓小脑性共济失调小鼠的运动缺陷将在脑深部电刺激术后得到改善，新的装置会变得更加耐用，从而减少副作用。

治疗帕金森氏症的新刺激靶位点

马博士的另一个研究重点是帕金森氏症，这是第二常见的慢性神经退行性疾病，影响全球610多万人口和中国大约1.7%的60岁或以上人口。

传统的脑深部电刺激术植入是在丘脑腹侧中间核（VIM）、丘脑底核或苍白球内侧部，以调节丘脑-皮层-纹状体环路的直接或间接通路。直接和间接通路的失衡会引起输出核团异常激活，丘脑和运动皮层过度抑制，进而导致认知障碍、抑郁和焦虑等不良反应。

鉴于i）纹状体核团是大脑中调节直接和间接通路的运动整合中心，ii）在帕金森氏症患者纹状体核团中检测到的异常局部场电位（LFP）-贝塔强度和神经元放电模式与运动功能障碍有关，马博士正在探索纹状体核团，将其作为脑深部电刺激术的新靶点。他的研究小组证明，在两个帕金森氏症小鼠模型中，对于纹状体核团进行的脑深部电刺激术比对丘脑底核和苍白球内侧部进行的脑深部电刺激术更能有效地改善运动症状。

 

研究小组将优化脑深部电刺激术参数，使其仅在检测到与症状相关的生物标志物时才触发。通过与一家美国公司合作，优化的脑深部电刺激术治疗参数将被用于开发闭环脑深部刺激器的植入式微芯片原型，将纹状体核团作为脑深部电刺激术的新靶点。马博士表示：“我们相信，这项研究的成功不仅能为脑深部电刺激术增加新靶点，将其副作用减至最低，还可通过闭环的方式将脑深部电刺激术的发展推向新高度。我们的闭环原型可以最大限度地减少对脊髓小脑性共济失调和帕金森氏症患者的不必要刺激，从而减少早期干预的副作用。”

此文章收录于CityU RESEARCH。