治療神經退行性疾病的 新型神經修復裝置

 

脊髓小腦性共濟失調（SCA）和帕金森氏症（PD）是兩種不可治愈的神經退行性疾病，患者常常會出現運動障礙和運動協調性障礙。城大神經科學系副系主任、副教授及實驗動物研究中心主任馬智謙博士，現正致力於研究新型神經修復裝置，以改善患者的運動症狀並提高他們的生活質量。

當大腦或外周神經系統中的神經元隨著時間的推移失去功能並最終死亡時，就會發生神經退行性疾病。馬博士專門研究損傷後中樞及外周神經系統再生的內在分子機制，他采用了多學科的方法，包括電生理學、分子生物學、解剖學、動物行為學及遺傳學，並致力於推進腦部電刺激（DBS）治療策略，以更好地幫助脊髓小腦性共濟失調和帕金森氏症患者。

脊髓小腦性共濟失調是指一組遺傳的、進行性的神經退行性疾病，其特征是身體平衡、運動協調、言語和動眼神經障礙的喪失，全世界每十萬人中就有五人受到影響。科學家們早已認識到小腦的重要性，小腦是大腦平衡和精細運動協調的中樞，是脊髓小腦性共濟失調腦深部電刺激的治療靶點。

避免副作用的閉環式腦深部電刺激術

「然而，傳統的開環腦深部電刺激術涉及持續和過度的腦刺激，具有不良的副作用，同時也會降低腦深部刺激器的電池壽命，從而導致置換手術頻率增加。據估計，在帕金森氏症患者中，超過50%的通過開環腦深部電刺激術持續傳遞的刺激是不必要的，患者可通過使用反饋生物標志物來避免過度刺激，就像在閉環腦深部電刺激術中一樣。」 馬博士解釋道。為避免過度刺激，馬博士和他的研究團隊設計了一個“閉環”小腦深部核團（DCN）刺激器原型，僅在檢測出肌肉中的症狀性肌電圖時才會觸發。

研究團隊目前正在測試這種刺激器原型在共濟失調表型的基因工程小鼠中的治療潛力。他們將通過肌電圖記錄不同運動階段的肌肉活動和視頻運動學，並同時記錄小腦深部核團的神經活動，以確定症狀性肌電圖活動作為閉環腦深部電刺激術的反饋生物標志物。

馬博士和他的團隊將與生物醫學工程學系的田翀博士合作，開發一種實時現場可編程門陣列（FPGA）算法, 以小腦深部核團的中間核為目標，閉合共濟失調小鼠中的小腦回路。現場可編程門陣列系統旨在實時執行復雜的計算，在幾毫秒內完成一秒所發生的實際活動。在進行進一步的電生理學和運動行為評估後，研究小組預計脊髓小腦性共濟失調小鼠的運動缺陷將在腦深部電刺激術後得到改善，新的裝置會變得更加耐用，從而減少副作用。

治療帕金森氏症的新刺激靶位點

馬博士的另一個研究重點是帕金森氏症，這是第二常見的慢性神經退行性疾病，影響全球610多萬人口和中國大約1.7%的60歲或以上人口。

傳統的腦深部電刺激術植入是在丘腦腹側中間核（VIM）、丘腦底核或蒼白球內側部，以調節丘腦-皮層-紋狀體環路的直接或間接通路。直接和間接通路的失衡會引起輸出核團異常激活，丘腦和運動皮層過度抑制，進而導致認知障礙、抑郁和焦慮等不良反應。

鑒於i）紋狀體核團是大腦中調節直接和間接通路的運動整合中心，ii）在帕金森氏症患者紋狀體核團中檢測到的異常局部場電位（LFP）-貝塔強度和神經元放電模式與運動功能障礙有關，馬博士正在探索紋狀體核團，將其作為腦深部電刺激術的新靶點。他的研究小組證明，在兩個帕金森氏症小鼠模型中，對於紋狀體核團進行的腦深部電刺激術比對丘腦底核和蒼白球內側部進行的腦深部電刺激術更能有效地改善運動症狀。

 

研究小組將優化腦深部電刺激術參數，使其僅在檢測到與症狀相關的生物標志物時才觸發。通過與一家美國公司合作，優化的腦深部電刺激術治療參數將被用於開發閉環腦深部刺激器的植入式微芯片原型，將紋狀體核團作為腦深部電刺激術的新靶點。馬博士表示：「我們相信，這項研究的成功不僅能為腦深部電刺激術增加新靶點，將其副作用減至最低，還可通過閉環的方式將腦深部電刺激術的發展推向新高度。我們的閉環原型可以最大限度地減少對脊髓小腦性共濟失調和帕金森氏症患者的不必要刺激，從而減少早期干預的副作用。」

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