中美两国的研究人员通过在大鼠体内植入光刺激装置，使尿频和紧急排尿的大鼠恢复了正常的膀胱功能。这项研究表明，一种新的临床治疗系统有望在未来扩展到心脏辅助和体重管理领域。

这篇相关论文于北京时间1月3日凌晨发表在世界顶级学术期刊"英国自然杂志"(BritishJournal Of Nature)上。

膀胱多动症的临床表现为排尿急促、排尿频繁、偶尔出现尿失禁。传统的治疗方法是持续电刺激，但可能引起疼痛或失禁。

西北大学、华盛顿大学、麻省理工学院和北京航空航天大学的联合小组放弃了直接电刺激疗法，选择了一种新的生物工具：光遗传学。即通过编辑细胞中的基因，他们可以对光的刺激做出反应。在这种情况下，编辑过的膀胱神经细胞抑制了光下的神经活动。

为此，研究人员在人工药物诱导的大鼠腹腔植入了一种LED灯装置，该装置连接到一个高度敏感的传感器上。该传感器由灵活的材料制成，可实时监测膀胱周围的数据，并将其无线传输到外部记录器。

一旦记录器检测到不正常的膀胱信号，如膀胱排空频率过高，它就会向大鼠腹部的LED灯发出无线信号，并打开灯。在光基因编辑之前，由光编辑的膀胱神经细胞抑制相应的光下排尿活动。

植入人体的整个系统由无线充电装置供电。

软"闭环系统

这在生物工程中被称为"闭环系统"：系统中的输出信号也是输入信号，就像传感器输出大鼠膀胱的体积并反馈给光调节一样。

闭环系统"具有显著的临床优势：只有在必要时才能触发光刺激，以提供实时和有针对性的治疗。

在实验中，研究人员将环磷酰胺注射到大鼠体内，诱导炎症反应，增加膀胱排空。该系统通过光触发抑制机制检测膀胱的异常情况，从而恢复正常的排尿频率。

大鼠对整个系统有较好的耐受性，植入7d后未见明显炎症、体重变化或运动异常。

值得一提的是，这一结果整合了许多有待实现的新兴技术。第一个困难是制造灵活和扩展的电子设备，以便在不影响器官功能的情况下测量器官的变化。此外，无线数据传输和无线充电也是光基因工具在生物体中传播手脚的关键条件。

麻省理工学院医学工程与科学研究所的Roche在相关评论中肯定了这一成果的突破：第一次开发出一个稳定的“闭环系统”，能够监测和治疗特定疾病。不过，罗氏提醒说，如果大鼠实验要扩大规模，在人类临床实践中复制，仍有一系列问题有待解决。

例如，研究中的无线充电装置放置在鼠笼底部，无法满足人类正常活动的需要。研究人员通过手术切开大鼠腹部暴露膀胱，注射特殊病毒对膀胱细胞进行光遗传学编辑，然后手术植入一个闭环系统。这种反复手术在人类临床实践中是行不通的。最后，我们应该考虑如何在发生故障时修理和更换设备。

植入装置是否会影响大鼠脏器，引起周围组织的炎症或增殖，尚需长期观察。

尽管目前存在这些障碍，罗氏公司仍有很好的发展前景。现有的实验已经证实，柔性电子设备可以读取体外培养兔心脏的物理数据。未来，通过类似膀胱传感器的植入式装置，人们可能能够实时调节人工心脏辅助装置的活动。

另外，如果柔性传感器能够读出胃的变形，并相应地控制神经细胞产生饱腹感，则可能成为减肥管理的新途径。