近日，西安市生物醫(yī)學(xué)光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合空軍軍醫(yī)大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)教研室，在背根神經(jīng)節(jié)（DRG）靶向低溫神經(jīng)調(diào)控鎮(zhèn)痛領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering。論文第一作者為中國科學(xué)院西安光機(jī)所博士生孫超、空軍軍醫(yī)大學(xué)博士生胡文超，通訊作者為西安光機(jī)所研究員王荃、空軍軍醫(yī)大學(xué)教授解柔剛。西安光機(jī)所為第一完成單位。
疼痛是全球范圍內(nèi)最主要的公共健康挑戰(zhàn)之一，當(dāng)前以阿片類藥物為主流的藥物治療方案普遍存在長(zhǎng)期療效受限、副作用顯著、易產(chǎn)生耐受性與依賴性等臨床痛點(diǎn)。因此，開發(fā)精準(zhǔn)、安全、非藥物依賴的新型鎮(zhèn)痛策略具有迫切的臨床需求。背根神經(jīng)節(jié)作為痛覺信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵樞紐，是疼痛神經(jīng)調(diào)控的理想靶點(diǎn)。近年來，聲光電磁等多種神經(jīng)調(diào)控手段已被應(yīng)用于DRG，但這些方法往往需要轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型，且鎮(zhèn)痛效果穩(wěn)定性不足，制約了向臨床的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種基于半植入式熱電制冷器的新型低溫神經(jīng)調(diào)控裝置，該裝置可對(duì)清醒自由活動(dòng)小鼠腰椎DRG實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、可逆、可重復(fù)的局部冷卻，首次系統(tǒng)證明了DRG靶向低溫神經(jīng)調(diào)控可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度依賴性、模態(tài)特異性且可持續(xù)的鎮(zhèn)痛效果，并揭示了其正向情感價(jià)值。
圖 基于半植入式微型制冷器的背根神經(jīng)節(jié)冷卻鎮(zhèn)痛系統(tǒng)示意圖
依托該自研設(shè)備，研究團(tuán)隊(duì)在小鼠炎癥疼痛模型上系統(tǒng)開展了鎮(zhèn)痛效能評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，DRG 低溫鎮(zhèn)痛存在明確的溫度閾值：當(dāng)局部溫度降至 29℃時(shí)，可顯著逆轉(zhuǎn)小鼠的機(jī)械痛覺過敏與熱痛覺過敏，鎮(zhèn)痛效果在冷卻停止后仍可持續(xù)1小時(shí)。更為關(guān)鍵的是，連續(xù)4天的DRG冷卻干預(yù)后，小鼠機(jī)械痛閾呈現(xiàn)逐日累積提升的趨勢(shì)，表明該低溫調(diào)控的鎮(zhèn)痛效應(yīng)并非僅來自瞬時(shí)的神經(jīng)傳導(dǎo)阻滯，更可能誘導(dǎo)了神經(jīng)可塑性改變。
為進(jìn)一步驗(yàn)證冷卻鎮(zhèn)痛的動(dòng)機(jī)顯著性，研究團(tuán)隊(duì)開展了條件性位置偏好（CPP）實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，疼痛模型小鼠會(huì)主動(dòng)偏好與DRG冷卻配對(duì)的環(huán)境，在該區(qū)域的停留時(shí)間與自主活動(dòng)距離均顯著高于對(duì)照區(qū)域，證明DRG冷卻產(chǎn)生的鎮(zhèn)痛體驗(yàn)不僅能抑制痛覺信號(hào)的生理傳導(dǎo)，還能有效緩解疼痛伴隨的負(fù)性情緒，具有明確的正向強(qiáng)化效應(yīng)，能夠改善疼痛的情感體驗(yàn)。
孫超介紹："背根神經(jīng)節(jié)相當(dāng)于痛覺信號(hào)傳導(dǎo)的‘中繼站’，我們的技術(shù)就是在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上精準(zhǔn)調(diào)控神經(jīng)興奮性，相當(dāng)于給疼痛信號(hào)‘降了音量’。多次干預(yù)后效果能越來越好，說明不只是暫時(shí)麻痹神經(jīng)，而是可能真正改變了神經(jīng)的興奮狀態(tài)。"
該研究為低溫鎮(zhèn)痛的神經(jīng)機(jī)制研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)平臺(tái)，也為開發(fā)半植入式精準(zhǔn)低溫神經(jīng)調(diào)控設(shè)備奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，在圍術(shù)期鎮(zhèn)痛、慢性疼痛管理、獸醫(yī)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景。
王荃研究員團(tuán)隊(duì)近年來圍繞腦機(jī)智能、AI大模型與光學(xué)材料等方向持續(xù)開展研究，取得了一系列重要成果，相關(guān)工作發(fā)表于ACS Nano、NeuroImage、Pattern Recognition、CVPR等。
