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2025年6月26日，新西蘭奧克蘭大學藥學院Bruce Harland在Nature communications發表：Daily electric field treatment improves functional outcomes after thoracic contusion spinal cord injury in rats，揭示了每日電場治療改善大鼠胸段脊髓挫傷后的功能恢復。

脊髓損傷（SCI）可能導致感覺、運動和自主神經功能的永久性喪失，目前可用的治療手段十分有限。低頻交變電場在促進軸突再生和改善功能預方面已顯示出潛力。然而，此前使用的金屬電極容易發生腐蝕且其置于硬膜外的位置限制了電場向脊髓內部的有效滲透。本文中，作者展示了一種植入式的薄膜裝置，該裝置采用超級電容器電極并將其放置于大鼠硬膜下可安全有效地對胸段脊髓損傷模型進行電場治療。與對照組相比，硬膜下電刺激顯著改善了后肢功能和觸覺敏感性，同時未引發脊髓內的神經炎癥反應。盡管在損傷部位周圍的軸突密度在12周后未見明顯變化，但電極的體內監測和電化學測試表明，整個研究期間電場均持續發揮作用。這些結果表明，電場治療作為一種可行的治療策略，在實現脊髓損傷后的長期功能恢復方面具有廣闊前景。

圖一 每日電場治療改善脊髓損傷后后肢運動功能和觸覺敏感性

作者通過外科手術將植入裝置植入三組大鼠體內以測試2 Hz雙相電場治療（幅度5 μA，脈寬250毫秒）的效果。其中兩組分別為接受治療組和未治療組，這些大鼠在脊髓L1/L2節段交界處（即T11棘突正下方）接受了沖擊損傷。兩組之間的最大沖擊力相同且力-時間曲線一致。從術后第一天開始，治療組每天接受1小時的電場治療持續7至11天，之后僅在工作日進行（每周5天），持續12周。刺激通過放置在損傷兩側的200微米直徑SIROF電極傳遞。術后第1、3、7天及之后每周使用BBB評分量表（0=無功能，21=功能正常）評估后肢功能，并將治療組大鼠的評分與未治療組以及無損傷對照組進行比較。在術后第一周，治療組的恢復速度比未治療組慢，在第7天觀察到顯著差異。然而，從第4周起，治療組大鼠的評分顯著高于未治療對照組，表明其后肢功能恢復更好。此外，治療組大鼠的功能繼續改善，在第8至12周時的評分顯著高于第5周時的評分。相比之下，未治療的SCI大鼠在第5周后功能趨于穩定，沒有進一步改善。到第12周時，100%的治療組大鼠評分達到14分或以上，表明前后肢協調一致，而未治療組中只有20%的大鼠達到這一水平，其余表現出動作不流暢、后足滯后或跳躍式移動等問題。所有無損傷組的大鼠在整個實驗期間均表現出正常的運動能力（BBB評分為21分）。作者還通過von Frey試驗評估了機械敏感性的恢復情況，治療組大鼠在第1周和第3至12周的撤足反應更快，表明觸覺敏感性有所恢復。此外，治療組大鼠在第4周和第9周的撤足反應甚至快于無損傷對照組。這種差異可能是因為該任務在未受傷大鼠中表現具有高度變異性，但也可能表明治療組動物的足部存在一定程度的敏感性增強。大鼠還每周進行一次橫桿梯行走測試并記錄后足踩空和滑動的次數。該任務僅在大鼠能夠用雙后肢承重后（第2或第3周）才開始測試。治療組與未治療對照組之間在足部踩空次數上沒有顯著差異。治療組大鼠在第3、4和9周的滑動次數多于未治療組。

圖二 硬膜下每日電場治療未引發神經炎癥反應

12周實驗結束后對大鼠進行灌注并對損傷周圍區域的矢狀縱向切片在治療組和未治療組中進行了分析。病變的大小和范圍與此前使用相似損傷模型的研究一致。在之前針對未受傷大鼠的研究中，作者的結果顯示該植入裝置不會引發明顯的免疫反應。在本研究中，首先通過檢測與小膠質細胞和星形膠質細胞相關的標志物來評估硬膜下電場治療是否引發了電極下方的神經炎癥變化。此前已有研究表明，硬膜外電場治療可能引起神經炎癥的增加或減少，而硬膜下的治療方法尚未被評估。由于刺激電流在穿過組織向腹側傳導時會因組織電阻而減弱，因此背側區域產生的電場強度高于腹側區域。如果電場治療對神經炎癥有影響，那么在背側區域的影響應比腹側更為明顯。因此，在本研究的所有組織學評估中，分別分析了圖中所示的背側和腹側ROI，未發現各組之間在小膠質細胞/巨噬細胞活動方面存在顯著差異。此外，也沒有證據表明治療引發了星形膠質細胞增生，因為各組之間的GFAP水平保持相似。

圖三 估算大鼠脊髓內的電場強度并評估脊髓尺寸變化對電場分布的影響

作者通過構建大鼠脊柱的有限元模型，驗證了刺激電流產生有效電場強度的效果。該模型用于估算電場強度并模擬了白質體積和蛛網膜下腔（含腦脊液，CSF）空間變化對電場分布的影響。在L1節段，白質體積存在顯著差異，而灰質體積則較為穩定。此外，作者還利用該模型評估了植入裝置放置在硬膜下與硬膜外所產生的電場強度差異。模擬了三種不同尺寸的脊髓模型：小型、中型和大型。無論脊髓尺寸如何，沿中線yz平面的縱向電場均在電極附近最強并能更深地向腹側滲透，在電極之間呈均勻分布。沿著三條評估線：中線（ML）、背側1毫米處（DL）和腹側1毫米處（VL）的縱向電場分布趨勢相似，但電場強度的大小與脊髓尺寸成反比。對于DL線，小型脊髓的電場峰值達到4.8 mV/mm，在電極之間下降至最低值；在ML線上，跨過4 mm距離后，不同脊髓尺寸的電場均穩定在0.8–1.6 mV/mm之間；而在VL線上，電場強度較弱。總體而言，由于較大脊髓組織體積限制了電流流動，其產生的電場強度平均為小型脊髓的60%。將植入裝置放置于硬膜外而非硬膜下時，在中等尺寸的脊髓模型中，電場強度平均降低了13%。

圖四 電極在取出過程中出現分層現象并根據嚴重程度進行分類

盡管在12周時無法完整取出植入裝置，但與脊髓接觸的聚酰亞胺部分成功被回收。在取出過程中，作者觀察到部分電極表面（包括記錄地電極和刺激電極）從聚酰亞胺基底上脫落并粘附在脊髓表面。為了進一步研究和量化這一現象，參考了之前研究中提出的一種電極狀態分類方法。通過高分辨率圖像，將每個刺激電極分為五類之一，從第1類（完好狀態）到第5類（嚴重剝落）。分析涵蓋了三組刺激電極（均為SIROF涂層，直徑200 μm）：作為工作電極（WE）受到最高電流密度刺激的電極、因總面積較大而承受一半電流密度的短路對電極（CEs），以及從未受到刺激的電極，分別稱為全刺激、半刺激和未刺激電極。全刺激、半刺激和未刺激電極的剝落分布情況相似，其中35%、33% 和 25% 的電極被歸為第4類（超過一半面積剝落）和第5類。全刺激電極組中處于第1類的電極數量最多，這表明剝落的嚴重程度與所施加的電流密度無關。

綜上所述，電場治療能夠顯著提高脊髓損傷后的大鼠的運動功能。這表明外部電場可能通過某種機制促進了受損神經元的修復或再生。相比于手術或其他侵入性治療手段，電場治療是一種相對無創的方法，具有較高的安全性和可操作性。這種療法易于實施且副作用較少，適用于廣泛的患者群體。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60332-0