Organ Neuroprosthetics: Connecting Transplanted and Artificial Organs with the Nervous System.
bioelectronic medicine
internal organs
neuroprosthetics
Journal
Advanced healthcare materials
ISSN: 2192-2659
Titre abrégé: Adv Healthc Mater
Pays: Germany
ID NLM: 101581613
Informations de publication
Date de publication:
24 Apr 2024
24 Apr 2024
Historique:
revised:
01
04
2024
received:
30
08
2023
medline:
24
4
2024
pubmed:
24
4
2024
entrez:
24
4
2024
Statut:
aheadofprint
Résumé
Implantable neural interfaces with the central and peripheral nervous systems are currently used to restore sensory, motor, and cognitive functions in disabled people with very promising results. They have also been used to modulate autonomic activities to treat diseases such as diabetes or hypertension. Here, this study proposes to extend the use of these technologies to (re-)establish the connection between new (transplanted or artificial) organs and the nervous system in order to increase the long-term efficacy and the effective biointegration of these solutions. In this perspective paper, some clinically relevant applications of this approach are briefly described. Then, the choices that neural engineers must implement about the type, implantation location, and closed-loop control algorithms to successfully realize this approach are highlighted. It is believed that these new "organ neuroprostheses" are going to become more and more valuable and very effective solutions in the years to come.
Identifiants
pubmed: 38656615
doi: 10.1002/adhm.202302896
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2302896Subventions
Organisme : HORIZON EUROPE Framework Programme
Organisme : Fondation Bertarelli donation
Organisme : Horizon 2020 FET project: NeuHeart project http://www.neuhearth2020.eu/ Project PR19-CR-P2 - BioSUP funded by INAIL (Italian Institute for Disabled Workers)
Informations de copyright
© 2024 The Authors. Advanced Healthcare Materials published by Wiley‐VCH GmbH.
Références
A. M. Lozano, N. Lipsman, H. Bergman, P. Brown, S. Chabardes, J. W. Chang, J. K. Krauss, Nat. Rev. Neurol. 2019, 15, 148.
A. Rowald, S. Komi, R. Demesmaeker, E. Baaklini, S. D. Hernandez‐Charpak, E. Paoles, H. Montanaro, A. Cassara, F. Becce, B. Lloyd, T. Newton, J. Ravier, N. Kinany, M. D'Ercole, A. Paley, N. Hankov, C. Varescon, L. McCracken, M. Vat, M. Caban, A. Watrin, C. Jacquet, L. Bole‐Feysot, C. Harte, H. Lorach, A. Galvez, M. Tschopp, N. Herrmann, M. Wacker, L. Geernaert, et al., Nat. Med. 2022, 28, 260.
S. L. Metzger, K. T. Littlejohn, A. B. Silva, D. A. Moses, M. P. Seaton, R. Wang, M. E. Dougherty, J. R. Liu, P. Wu, M. A. Berger, I. Zhuravleva, A. Tu‐Chan, K. Ganguly, G. K. Anumanchipalli, E. F. Chang, Nature 2023, 620, 1037.
M. N. Raczkowska, N. V. Thakor, Handbook of Bioengineering, (Ed: N. V. Thakor), Springer, Singapore2022.
T. P. Zanos, H. A. Silverman, T. Levy, T. Tsaava, E. Battinelli, P. W. Lorraine, C. E. Bouton, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, E4843.
V. A. Pavlov, K. J. Tracey, Neuron 2022, 110, P3627.
M. Cracchiolo, M. M. Ottaviani, A. Panarese, I. Strauss, F. Vallone, A. Mazzoni, S. Micera, J. Neural Eng. 2021, 18, 041002.
M. M. Ottaviani, F. Vallone, S. Micera, F. A. Recchia, Front. Cardiovasc. Med. 2022, 9, 866957.
V. Lionetti, M. Matteucci, M. Ribezzo, D. Di Silvestre, F. Brambilla, S. Agostini, P. Mauri, L. Padeletti, A. Pingitore, L. Delsedime, M. Rinaldi, F. A. Recchia, J. Cell. Mol. Med. 2014, 18, 396.
L. H. Lund, K. K. Khush, W. S. Cherikh, S. Goldfarb, A. Y. Kucheryavaya, B. J. Levvey, B. Meiser, J. W. Rossano, D. C. Chambers, R. D. Yusen, J. Stehlik, J. Heart Lung Transplant. 2017, 36, P1037.
S. L. McCartney, C. Patel, J. M. Del Rio, Best Pract. Res. Clin. Anaesthesiol. 2017, 31, 237.
S. Nygaard, A. H. Christensen, K. Rolid, K. Nytrøen, L. Gullestad, A. Fiane, E. Thaulow, G. Døhlen, K. Godang, J. P. Saul, V. B. B. Wyller, Eur. J. Appl. Physiol. 2019, 119, 2225.
Y. Huang, Z. He, A. Manyande, M. Feng, H. Xiang, Front. Bioeng. Biotechnol. 2022, 10, 966138.
M. Awad, L. S. Czer, M. Hou, S. S. Golshani, M. Goltche, M. De Robertis, M. Kittleson, J. Patel, B. Azarbal, E. Kransdorf, F. Esmailian, A. Trento, J. A. Kobashigawa, J. Am. Heart Assoc. 2016, 5, e004070.
J. A. Arrowood, A. J. Minisi, E. Goudreau, A. B. Davis, A. L. King, Circulation 1997, 96, 3492.
T. E. Zandstra, R. G. E. Notenboom, J. Wink, P. Kiès, H. W. Vliegen, A. D. Egorova, M. J. Schalij, M. C. De Ruiter, M. R. M. Jongbloed, Front. Physiol. 2021, 12, 665298.
V. Lionetti, G. D. Aquaro, A. Simioniuc, C. Di Cristofano, F. Forini, F. Cecchetti, M. Campan, D. De Marchi, F. Bernini, M. Grana, M. Nannipieri, M. Mancini, M. Lombardi, F. A. Recchia, A. Pingitore, J. Card. Failure 2009, 15, 920.
T. Prescimone, V. Lionetti, C. Caselli, G. D. Aquaro, M. Cabiati, V. Ottaviano, S. Del Ry, D. Giannessi, Pharmacol. Res. 2011, 63, 207.
L. Padeletti, P. Pieragnoli, G. Ricciardi, L. Perrotta, G. Grifoni, M. C. Porciani, V. Lionetti, S. Valsecchi, Circ.: Arrhythmia Electrophysiol. 2012, 5, 460.
M. Nagai, K. Dote, C. Y. Förster, Hypertens. Res. 2023, 46, 1727.
U. Boggi, F. Vistoli, P. Marchetti, R. Kandaswamy, T. Berney, W. C. G. P. Transplantation, Am. J. Transplant. 2021, 21, 1.
R. Rodriguez‐Diaz, S. Speier, R. D. Molano, A. Formoso, I. Gans, M. H. Abdulreda, O. Cabrera, J. Molina, A. Fachado, C. Ricordi, I. Leibiger, A. Pileggi, P. O. Berggren, A. Caicedo, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 21456.
R. F. Hampton, M. Jimenez‐Gonzalez, S. A. Stanley, Diabetologia 2022, 65, 1069.
P. Rorsman, F. M. Ashcroft, Physiol. Rev. 2018, 98, 117.
E. A. Fox, T. L. Powley, Brain Res. 1985, 341, 269.
W. Li, G. Yu, Y. Liu, L. Sha, Front. Neurosci. 2019, 13, 21.
M. Cianchetti, C. Laschi, A. Menciassi, P. Dario, Nat. Rev. Mater. 2018, 3, 143.
A. D. Mickle, S. M. Won, K. N. Noh, J. Yoon, K. W. Meacham, Y. Xue, L. A. McIlvried, B. A. Copits, V. K. Samineni, K. E. Crawford, D. H. Kim, P. Srivastava, B. H. Kim, S. Min, Y. Shiuan, Y. Yun, M. A. Payne, J. Zhang, H. Jang, Y. Li, H. H. Lai, Y. Huang, S.‐I. Park, R. W. Gereau, J. A. Rogers, Nature 2019, 565, 361.
S. Pane, T. Mazzocchi, V. Iacovacci, L. Ricotti, A. Menciassi, IEEE Trans. Biomed. Eng. 2020, 68, 2088.
X. Navarro, T. B. Krueger, N. Lago, S. Micera, T. Stieglitz, P. Dario, J. Peripher. Nerv. Syst. 2005, 10, 2088143229.
D. Santos, P. Wieringa, L. Moroni, X. Navarro, J. D. Valle, Adv. Healthcare Mater. 2017, 6, 1600298.
N. B. Fadia, J. M. Bliley, G. A. DiBernardo, D. J. Crammond, B. K. Schilling, W. N. Sivak, A. M. Spiess, K. M. Washington, M. Waldner, H.‐T. Liao, I. B. James, D. M. Minteer, C. Tompkins‐Rhoades, A. R. Cottrill, D.‐Y. Kim, R. Schweizer, D. A. Bourne, G. E. Panagis, M. Asher Schusterman, F. M. Egro, I. K. Campwala, T. Simpson, D. J. Weber, T. Gause, J. E. Brooker, T. Josyula, A. A. Guevara, A. J. Repko, C. M. Mahoney, K. G. Marra, Sci. Transl. Med. 2020, 12, eaav7753.
A. E. Rochford, A. Carnicer‐Lombarte, M. Kawan, A. Jin, S. Hilton, V. F. Curto, D. G. Barone, Sci. Adv. 2023, 9, eadd8162.
M. Bianchini, S. Micera, E Redolfi Riva, Pharmaceutics 2023, 15, 640.
P. P. Vu, A. K. Vaskov, Z. T. Irwin, P. T. Henning, D. R. Lueders, A. T. Laidlaw, P. S. Cederna, Sci. Transl. Med. 2020, 12, eaay2857.
G. A. Leach, R. A. Dean, N. G. Kumar, C. Tsai, F. E. Chiarappa, P. S. Cederna, C. M. Reid, Plast. Reconstr. Surg. 2023, 11, e5127.
N. Lago, D. Ceballos, F. J. Rodrıguez, T. Stieglitz, X. Navarro, Biomaterials 2005, 26, 2021.
K. M. Musick, J. Rigosa, S. Narasimhan, S. Wurth, M. Capogrosso, D. J. Chew, S. P. Lacour, Sci. Rep. 2015, 5, 14363.
I. Delgado‐Martínez, M. Righi, D. Santos, A. Cutrone, S. Bossi, S. D'Amico, X. Navarro, J. Neural Eng. 2017, 14, 046003.
V. Paggi, F. Fallegger, L. Serex, O. Rizzo, K. Galan, A. Giannotti, S. P. Lacour, Bioelectron. Med. 2024, 10, 6.
L. Hiendlmeier, F. Zurita, J. Vogel, F. Del Duca, G. Al Boustani, H. Peng, B. Wolfrum, Adv. Mater. 2023, 35, 2210206.
I. Strauss, T. Niederhoffer, A. Giannotti, A. M. Panarese, F. Bernini, K. Gabisonia, S. Micera, J. Neural Eng. 2020, 17, 066008.
D. Yan, A. A. Jiman, E. C. Bottorff, P. R. Patel, D. Meli, E. J. Welle, J. P. Seymour, Small 2022, 18, 2200311.
S. Wurth, M. Capogrosso, S. Raspopovic, J. Gandar, G. Federici, N. Kinany, S. Micera, Biomaterials 2017, 122, 114.
F. M. Petrini, G. Valle, I. Strauss, G. Granata, R. Di Iorio, E. d'Anna, S. Micera, Ann. Neurol. 2019, 85, 137.
N. Jayaprakash, V. Toth, W. Song, A. Vardhan, T. Levy, J. Tomaio, K. Qanud, I. Mughrabi, Y.‐C. Chang, M. Rob, A. Daytz, A. Abbas, J. Ashville, A. Vikatos, U. Ahmed, Z. Nassrallah, B. Volpe, K. J. Tracey, Y. Al‐Abed, T. Datta‐Chaudhuri, L. Miller, M. Barbe, S. Lee, T. Zanos, S. Zanos, bioRxiv 2022.
S. Romeni, G. Valle, A. Mazzoni, S. Micera, Nat. Protoc. 2020, 15, 3129.
S. Romeni, E. Losanno, E. Koert, L. Pierantoni, I. Delgado‐Martinez, X. Navarro, S. Micera, bioRxiv 2023, 2023.
D. Zhao, R. Huang, J. M. Gan, Q. D. Shen, ACS Nano 2022, 16, 19892.
Z. Xue, J. Zhao, Adv. Mater. Interfaces 2023, 10, 2300550.
S. N. Flesher, J. E. Downey, J. M. Weiss, C. L. Hughes, A. J. Herrera, E. C. Tyler‐Kabara, M. L. Boninger, J. L. Collinger, R. A. Gaunt, Science 2021, 372, 831.
L. Pollina, F. Vallone, M. M. Ottaviani, I. Strauss, L. Carlucci, F. A. Recchia, S. Moccia, J. Neural Eng. 2022, 19, 046033.
A. Giannotti, S. Lo Vecchio, S. Musco, L. Pollina, F. Vallone, I. Strauss, S. Micera, APL Bioeng. 2023, 7, 046101.
S. Pane, T. Mazzocchi, V. Iacovacci, L. Ricotti, A. Menciassi, IEEE Trans. Biomed. Eng. 2020, 68, 2088.
E. D'Anna, G. Valle, A. Mazzoni, I. Strauss, F. Iberite, J. Patton, S. Micera, Sci. Rob. 2019, 4, eaau8892.
J. Muheim, F. Iberite, O. Akouissi, R. Monney, F. Morosato, E. Gruppioni, S. Shokur, Med. 2024, 5, 118.
G. Valle, N. Katic Secerovic, D. Eggemann, O. Gorskii, N. Pavlova, F. M. Petrini, S. Raspopovic, Nat. Commun. 2024, 15, 1151.