劍橋大學的研究人員開發了一種新的可植入的神經植入物，它結合了乾細胞和電子學，有可能幫助截肢者或那些失去肢體使用能力的人。植入式神經技術和細胞療法的發展為周圍神經系統（即位於大腦和脊髓之外的神經）受傷的人提供了潛在的有效治療方案。

兩者都試圖通過繞過受傷部位與現有的神經細胞相互作用，或通過用新的細胞替換受損的細胞，來恢復癱瘓或截肢的功能。然而，這也是有缺點的。就替換受損細胞而言，移植的神經元可能難以建立功能連接。如果沒有健康的工作細胞與之對接，電極就不能有效地工作，這通常是由於受傷部位的疤痕組織堆積造成的。此外，目前的神經技術缺乏與負責執行不同功能的不同類型神經元對接的能力。

這些問題的一個潛在答案在於生物混合裝置，它將人類幹細胞與生物電子學結合起來，創造一個更有效的神經接口。現在，劍橋大學的研究人員已經做到了這一點，創造了一個突破性的新生物混合裝置，可以與身體組織整合。

該設備的關鍵成分是誘導多能幹細胞（iPSCs），即成人細胞–通常是皮膚或血細胞–在實驗室中被重新編程，變得像胚胎幹細胞，可以發育成任何其他類型的細胞。研究人員用iPSCs創建了肌細胞，即構成骨骼肌的細胞。這是第一次以這種方式將iPSCs用於生物體內。

iPSCs被排列在微電極陣列（MEAs）的網格中，該陣列非常薄，可以吸附在神經末端。這產生了一層肌細胞，位於設備的電極和活體組織之間。研究人員隨後將生物混合裝置植入大鼠體內進行測試。他們將該設備覆蓋細胞的一側連接到大鼠前腿中被切斷的尺神經和正中神經。選擇這些神經是因為它們與人類上肢神經的損傷以及相關的精細運動和感覺功能的喪失相近。

與對照組相比，研究人員發現，該裝置與大鼠的身體融為一體，並防止了疤痕組織的形成。此外，iPSC衍生的細胞在植入後存活了四周，這是細胞首次在這種長時間的實驗中存活。

該研究的共同作者Damiano Barone博士說：”這些細胞給了我們很大程度的控制。我們可以告訴它們如何表現，並在整個實驗過程中檢查它們。通過將細胞置於電子設備和活體之間，身體看不到電極，只看到細胞，所以不會產生疤痕組織。”

四個星期後，研究人員對植入的神經進行了測試，發現它們的行為與正常的神經一樣，表明了健康的神經生理學。雖然大鼠沒有恢復癱瘓肢體的運動，但該設備可以檢測到大腦發送的控制運動的信號。

這種新設備可以幫助截肢者，其中的挑戰是試圖使神經元再生，並重建因受傷或截肢而造成的神經迴路損傷。

Barone說：”例如，如果有人被截去了手臂或腿部，那麼神經系統中的所有信號仍然存在，儘管物理上的肢體已經消失。整合假肢，或恢復手臂或腿部的功能，所面臨的挑戰是從神經中提取信息，並將其送到肢體上，以便恢復功能。”

研究人員說他們的設備可以通過與控制運動功能的神經元直接互動來克服這個問題。

共同第一作者Amy Rochford說：”這種界面可以徹底改變我們與技術互動的方式。通過將活體人體細胞與生物電子材料相結合，我們創造了一個能夠以更自然和直觀的方式與大腦溝通的系統。”

與標準的、非干細胞的神經植入物相比，該設備具有優勢。它的小尺寸意味著它可以通過微創手術進行植入，而使用實驗室生產的干細胞使其具有高度的可擴展性。

該研究的共同第一作者Alejandro Carnicer-Lombarte博士說：”這項技術代表了一種令人興奮的神經植入新方法，我們希望它將為有需要的患者開啟新的治療方法。”

該設備在用於人體之前還需要進一步的研究和廣泛的測試，但它代表了神經植入的一個有希望的發展。研究人員正在努力優化該設備並提高其可擴展性。

該研究發表在《科學進展》雜誌上。