A Flexible Nanoporous Iridium Oxide Epidural Interface for Repeated Cervical Neuromodulation after Ischemic Stroke
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि नैनोपोरस इरिडियम ऑक्साइड इलेक्ट्रोडों वाला एक लचीला, चार-संपर्क एपिड्यूरल इंटरफेस, चूहों में इस्केमिक स्ट्रोक के बाद विश्वसनीय, बार-बार सर्वाइकल स्पाइनल कॉर्ड स्टिमुलेशन को सक्षम बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण प्रतिकूल ऊतक प्रतिक्रियाओं के बिना सूजन में कमी और आंशिक न्यूरोनल रिकवरी के साथ-साथ न्यूरोलॉजिकल कार्य और चाल समन्वय में निरंतर सुधार होता है।
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स्ट्रोक मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में अचानक और हिंसक व्यवधान है, जो अक्सर जीवित बचे लोगों को स्थायी कमजोरी या पक्षाघात (पैरालिसिस) के साथ छोड़ देता है, विशेष रूप से शरीर के एक तरफ। दशकों से, चिकित्सा का ध्यान तत्काल परिणामों पर रहा है: रक्तस्राव को रोकना, रुकावट को साफ करना और प्रारंभिक क्षति का प्रबंधन करना। हालाँकि, रिकवरी का लंबा रास्ता अक्सर रुक जाता है। मस्तिष्क की खुद को पुनर्गठित करने की क्षमता, जिसे प्लास्टिसिटी (plasticity) कहा जाता है, सुस्त या अधूरी हो सकती है, जिससे कई मरीज दैनिक कार्यों के लिए दूसरों पर निर्भर हो जाते हैं। हाल के वर्षों में, वैज्ञानिकों ने एक अलग दृष्टिकोण तलाशना शुरू किया है: स्पाइनल कॉर्ड (मेरुदंड) में सुप्त सर्किटों को जगाने के लिए बिजली का उपयोग करना। स्पाइनल कॉलम के ठीक बाहर इलेक्ट्रोड रखकर, शोधकर्ता उन नसों को उत्तेजित कर सकते हैं जो मस्तिष्क और अंगों के बीच संकेतों को ले जाती हैं। इस तकनीक को स्पाइनल कॉर्ड स्टिमुलेशन (spinal cord stimulation) कहा जाता है, और इसने क्रोनिक पक्षाघात वाले लोगों को फिर से चलने-फिरने में मदद करने की आशा दिखाई है। फिर भी, एक बड़ी बाधा बनी हुई है। मानव रीढ़ कोई स्थिर संरचना नहीं है; यह हर सांस और हर कदम के साथ झुकती, मुड़ती और खिंचती है। प्रयोगशाला के स्थिर वातावरण के लिए डिज़ाइन किए गए कठोर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण अक्सर इस गतिशील सेटिंग में विफल हो जाते हैं। वे टूट सकते हैं, संपर्क खो सकते हैं, या नाजुक ऊतकों को परेशान कर सकते हैं, जिससे दीर्घकालिक उपचार कठिन हो जाता है। मरीजों की वास्तव में मदद करने के लिए, वैज्ञानिकों को एक ऐसे सेतु की आवश्यकता है जो शरीर जितना ही लचीला और टिकाऊ हो, और बिना किसी नुकसान के महीनों या वर्षों तक सटीक विद्युत स्पंद (pulses) देने में सक्षम हो।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब ऐसा एक सेतु बनाया है, जो स्पाइनल कॉर्ड के गर्दन वाले हिस्से के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया एक नया प्रकार का लचीला इलेक्ट्रोड तैयार किया है। उन्होंने एक पतली, रिबन जैसी डिवाइस बनाई है जो एक नरम प्लास्टिक सामग्री से बनी है जो बिना टूटे मुड़ सकती है। मुख्य नवाचार उन सूक्ष्म धातु संपर्कों (metal contacts) की सतह में निहित है जो नसों को छूते हैं। चिकने सोने (gold) का उपयोग करने के बजाय, जो सामान्य है लेकिन बिजली पारित करने में अक्षम है, टीम ने इन संपर्कों को इरिडियम ऑक्साइड (iridium oxide) की स्पंज जैसी परत से ढका है। यह सामग्री चिकनी नहीं है; यह सूक्ष्म छिद्रों से ढकी है जो इसकी सतह के क्षेत्रफल को बहुत बढ़ा देते हैं। एक चिकने कंकड़ बनाम एक खुरदरे, छिद्रयुक्त पत्थर की कल्पना करें जो समान आकार के हों; छिद्रयुक्त पत्थर का अपने परिवेश के साथ संपर्क करने के लिए बहुत अधिक सतह होती है। इस मामले में, वह अतिरिक्त सतह इलेक्ट्रोड को विद्युत आवेश को बहुत अधिक कुशलता से और कम प्रतिरोध के साथ स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, जिससे समान प्रभाव प्राप्त करने के लिए बहुत कम शक्ति की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने इस नए इंटरफ़ेस का परीक्षण उन चूहों में किया था जिन्होंने मानवों में होने वाले स्ट्रोक के समान स्ट्रोक का सामना किया था। उन्होंने लचीली डिवाइस को स्पाइनल कॉर्ड पर प्रत्यारोपित किया और चोट लगने के ठीक चार दिन बाद से दैनिक विद्युत उत्तेजना का एक क्रम शुरू किया।
प्रयोग के परिणाम उत्साहजनक थे। लचीली डिवाइस उल्लेखनीय रूप से टिकाऊ साबित हुई, जिसने लैब में हजारों बेंडिंग साइकिलों का सामना किया और एक जीवित जानवर के भीतर एक महीने तक कार्यात्मक रही। महत्वपूर्ण रूप से, डिवाइस ने स्पाइनल कॉर्ड में महत्वपूर्ण सूजन या स्कारिंग (निशान) पैदा नहीं की, जिससे पता चलता है कि यह दीर्घकालिक उपयोग के लिए सुरक्षित है। जब शोधकर्ताओं ने विद्युत उत्तेजना प्राप्त करने वाले चूहों की तुलना उन चूहों से की जिनमें डिवाइस तो थी लेकिन बिजली नहीं दी गई थी, तो उपचारित जानवरों ने सुधार के स्पष्ट संकेत दिखाए। उन्होंने अपने अगले अंगों (front limbs) में ताकत वापस पाई, अधिक समन्वित चाल के साथ चले, और बेहतर समग्र तंत्रिका संबंधी कार्य प्रदर्शित किए। ये सुधार क्षणिक नहीं थे; उत्तेजना बंद होने के दो सप्ताह बाद भी, उपचारित चूहे अनुपचारित समूह की तुलना में बेहतर प्रदर्शन कर रहे थे। यह सुझाव देता है कि थेरेपी ने केवल एक अस्थायी बढ़ावा देने से कहीं अधिक किया; इसने संभवतः तंत्रिका तंत्र को क्षति के चारों ओर काम करने के लिए खुद को पुनर्गठित करने में मदद की।
यह समझने के लिए कि मस्तिष्क के अंदर क्या हो रहा था, टीम ने स्वयं ऊतक (tissue) का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि उत्तेजना ने उस अराजक सूजन संबंधी प्रतिक्रिया को शांत करने में मदद की जो आमतौर पर स्ट्रोक के बाद होती है, जबकि साथ ही साथ तंत्रिका कोशिकाओं के बीच नए कनेक्शन के विकास को प्रोत्साहित किया। मस्तिष्क के ऊतकों में सीखने और याददाश्त के लिए आवश्यक प्रोटीन का उच्च स्तर देखा गया, और भौतिक संरचनाएं जो न्यूरॉन्स को संवाद करने की अनुमति देती हैं—डेंड्रिटिक स्पाइन्स (dendritic spines) नामक छोटी शाखाएं—उपचारित जानवरों में अधिक प्रचुर मात्रा में थीं। हालांकि, यह कहानी पूर्ण इलाज की नहीं है। हालांकि उपचारित चूहे काफी हद तक ठीक हो गए थे, लेकिन वे उन जानवरों की तरह पूर्ण स्थिति में नहीं लौटे जिन्होंने कभी स्ट्रोक का सामना नहीं किया था। क्षति को मिटाया नहीं गया था, बल्कि मस्तिष्क ने इसके चारों ओर काम करने का एक तरीका खोज लिया था। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने एमआरआई (MRI) का उपयोग करके मस्तिष्क में क्षतिग्रस्त क्षेत्र के आकार को भी देखा। उन्होंने पाया कि हालांकि उपचारित जानवरों में एक समय में क्षतिग्रस्त क्षेत्र छोटा था, लेकिन अध्ययन के अंत तक यह अंतर समाप्त हो गया। यह एक महत्वपूर्ण सुराग है: चलने-फिरने में स्थायी सुधार केवल इसलिए नहीं था क्योंकि मस्तिष्क की क्षति कम थी। इसके बजाय, सुधार मस्तिष्क की अनुकूलित होने और खुद को पुनर्गठित करने की क्षमता से आया था, एक ऐसी प्रक्रिया जिसे विद्युत उत्तेजना ने समर्थित किया।
यह अध्ययन रिकवरी (सुधार) को देखने के हमारे तरीके में एक महत्वपूर्ण अंतर को रेखांकित करता है। यह केवल ऊतक को बचाने के बारे में नहीं है; यह इस बारे में है कि शेष ऊतक कैसे कार्य करते हैं। नया लचीला इलेक्ट्रोड इस परिवर्तन को सुगम बनाने के लिए एक उपकरण के रूप में कार्य करता है, जो समय के साथ थेरेपी देने का एक स्थिर और कुशल तरीका प्रदान करता है। हालांकि शोधकर्ता चेतावनी देते हैं कि उनका काम अभी शुरुआती चरणों में है और जैविक परिवर्तनों के पूर्ण दायरे को समझने के लिए और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है, लेकिन निष्कर्ष एक ठोस मार्ग दिखाते हैं। एक नरम, टिकाऊ डिवाइस को, जो तंत्रिका तंत्र की भाषा को अधिक स्पष्टता से समझती है, के साथ जोड़कर, यह शोध बताता है कि स्ट्रोक के बाद रिकवरी का रास्ता पहले की तुलना में लंबा और अधिक जटिल हो सकता है, लेकिन अधिक आशाजनक भी है। स्पाइनल कॉर्ड को बिना नुकसान पहुँचाए बार-बार उत्तेजित करने की क्षमता उन उपचारों के द्वार खोलती है जो मरीजों को स्वतंत्रता वापस पाने में मदद कर सकते हैं, जिससे न्यूरल प्लास्टिसिटी के वादे को एक व्यावहारिक वास्तविकता में बदला जा सके।
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