[發明專利]一種光遺傳刺激促進皮質脊髓束再生修復脊髓損傷的裝置

有效

• 申請號: 201910103715.2
• 申請日: 2019-02-02
• 公開（公告）號: CN109701166B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 曾湘;馬瑗鍰;曾園山;位慶帥;王軍華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61N5/06
• 分類號: A61N5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種光遺傳學刺激大范圍大腦皮層促進皮質脊髓束再生以修復脊髓損傷的方法。利用LED燈作為光刺激的光源以擴大光照面積，從而活化大片腦區皮質，應用波形發生器精確控制LED燈的光強，頻率以及波寬以達到需要的光刺激參數，在不損傷腦組織的情況下進行大范圍的針對神經元的特異的光遺傳學刺激，避免了對膠質細胞的影響，從而特異地增強大片腦區的神經元電活動，促進其軸突再生從而達到改善脊髓損傷后神經元功能的目的，是一種大范圍特異地激活皮層第五層錐體神經元促進脊髓損傷后大量皮質脊髓束再生的方法。

所屬技術領域

本發明專利涉及一種光遺傳刺激活化大范圍皮層促進皮質脊髓束再生以修復脊髓損傷的裝置?；诠膺z傳技術的原理，采用發光二極管(light?emitting?diode，LED)來源的藍光光源刺激大范圍皮層中帶有光敏離子通道蛋白(channelrhodopsin?2，ChR2)的神經元，使其產生動作電位，增強神經元電活動，從而促進其軸突的再生。這避免插入光纖對腦組織的損傷和光照范圍過小的問題，采用LED燈在磨薄的顱骨表面代替插入光纖給光，采用波形發生器精確控制LED燈的頻率和波寬，以激發大腦皮層第五層發出皮質脊髓束(corticospinal?tract，CST)的內錐體神經元產生動作電位，增強其電活動，從而促進CST的再生以修復脊髓損傷，是一種應用工程技術和轉基因技術大范圍活化大腦皮層促進CST再生從而治療脊髓損傷的裝置。

背景技術

脊髓損傷是一種致殘率、死亡率都非常高的神經系統疾病。據統計，世界范圍內脊髓損傷每年發病率為23/百萬，亞洲國家尤其中國和韓國發病率較高，為12.06-61.6/百萬。目前我國累計約有200萬脊髓損傷導致的截癱患者，并且每年以約5萬人的速度增加，而且呈現出高發病率、高致殘率、低齡化的趨勢，給家庭和社會帶來了巨大的經濟壓力。僅在中國，因脊髓損傷導致的政府直接經濟支出高達數十億，因此脊髓損傷的研究與治療成為世界各國研究的熱點。脊髓損傷分為完全損傷和不完全損傷，對于完全性損傷，大腦和肢體之間的聯接完全被破壞掉，因此大腦的信號無法到達損傷平面以下，結果就導致病人損傷平面以下的肢體癱瘓，失去自主運動的能力。自主運動不僅僅是可以減輕病人本身的痛苦，還可以避免對病人進行日常護理，從而減少整個社會的經濟負擔和人力負擔，因此自主運動功能的恢復非常重要，而目前臨床上治療脊髓損傷對促進自主運動功能恢復還沒有有效的方法。

CST被認為是恢復自主運動功能的關鍵要素[1，2]，它由大腦皮層的第五層大錐體神經元發出下行纖維組成，直接或間接地陸續終止于脊髓前角運動神經元，控制四肢和軀體的自主運動。因此，CST的再生可能重建自主運動能力。然而，在沒有任何干預的情況下，CST的再生非常有限[3，4]。對于嚴重的脊髓損傷，例如有大量組織缺損的完全性脊髓損傷，CST再生仍然是一個極大的挑戰。

最近研究表明，電刺激和磁刺激可以增強錐體神經元電活動，會促進CST再生。Camel等用電刺激大鼠大腦皮層，結果他們發現電刺激能增加軸突的出芽和再生[5]。Benito等用經顱高頻重復磁刺激脊髓損傷的病人頭部，發現磁刺激能促進運動評分的提高[6]。另一項研究表明電刺激的機制中，包括激活mTOR信號通路和Jak/Stat信號通路[7]，從而增強CST的軸突生長。但是，電或者磁刺激能活化大片腦區，同時影響膠質細胞的行為，并非只對神經元有特異性，所以，電或磁刺激促進CST再生的真正機制還有待進一步闡明。與電刺激相比，光遺傳學刺激對于靶標神經元更具有特異性與選擇性。