奥大博士生研究振动疗法 助脑瘫患者缓解肌肉僵硬

2020年,Andrew Lowry(Ngāruahine)参加了一场展示脑瘫患者康复设备的展会,这次经历改变了他的人生轨迹。

Lowry的姐夫/妹夫患有脑瘫,这是一种影响大脑控制运动、平衡与姿势能力的疾病。Lowry深知脑瘫给日常行走等动作带来的困难。

“我记得离开那场康复展会时感到很失望,甚至有点恼火,因为所有的方法都太简单了,”Lowry说。他当时就决定,如果自己要读博士,研究方向必须能帮到像姐夫/妹夫这样的人。

六年后的9月23日,Andrew Lowry博士正式毕业,成为在奥克兰大学(Waipapa Taumata Rau, University of Auckland)完成生物工程学博士学位的首批毛利学生之一。如今,他希望能把自己的研究成果转化为真正可用的疗法。

“好奇”的成长历程

Lowry来自Taranaki的Ngāruahine部落,但童年时期辗转多地。他出生在塞浦路斯,幼年在雅典郊外度过。少年时期搬到汉密尔顿,他坦言那是一次不小的冲击。

但四处旅居、作为家中幼子的经历,让年幼的Andrew始终保持好奇与开放的心态。工程师父亲的影响也很大——他从小就喜欢拆装修理东西,乐高和积木是他最爱的玩具。

“虽然选工程算是种无意识的选择,唯一的问题只是学哪个方向,”Lowry说。他在学校时喜欢物理,但对生物学的热爱以及对人体健康的兴趣,让他走上了生物医学工程硕士、进而攻读博士的道路。

“我一直喜欢解决问题,喜欢弄清楚事情背后的‘为什么’。”这种好奇心,加上那次康复展会的经历,共同塑造了他博士研究的方向。

Lowry选择聚焦振动疗法,并在奥克兰大学生物工程研究所(Auckland Bioengineering Institute,简称ABI)开展研究。

振动疗法应用于运动损伤和慢性肌肉相关疾病已有数百年历史;近年来,这项技术发展为一种能暂时缓解肌肉僵硬(专业术语称为“肌肉痉挛”)、改善脑瘫、中风及其他病症患者活动能力的方法。

患者坐、跪、站或躺在振动平台上,能量通过身体传导,使肌肉快速收缩与放松。

Lowry说,目前很难就最佳治疗方式达成共识。

“振动疗法本来就是支持我姐夫/妹夫康复的手段之一,但它为什么、又该如何应用,似乎没有一个清晰的道理。我的博士研究就是探讨如何调整振动参数,才能最大程度缓解脑瘫的肌肉症状。”——Andrew Lowry博士,奥克兰大学生物工程研究所

研究的重要部分是Lowry自己设计并制造了一台定制振动装置,可以独立控制振动的振幅和频率。他研究了不同设置(包括振动速度和幅度大小)如何影响身体反射,尤其是脊髓中导致肌肉痉挛的过度神经信号。

他发现,振动的幅度大小才是最关键的因素,不过效果存在一个上限。他说,后续还有更多工作要做。

“目标是——经过未来的迭代改进后——把从这台装置中获得的知识用于临床,更好地指导振动疗法的实际应用,最终改善肌肉痉挛患者的生活。”

这条路走得并不轻松。Lowry坦言,博士期间繁重的写作任务并非他最喜欢的部分,堆积如山的文献阅读也是如此。

他真正的乐趣来自动手设计研究装置,以及用它做实验的过程。

“把图纸从屏幕上变成实物,看着它按预想运转,是整个过程中最大的亮点。”

这种成就感也延续到了实验室里——在多次失败后成功跑通一次实验,是另一个高光时刻。

对他的导师Justin Fernandez教授来说,这也是一个转折点。

“我永远记得那一天,Andrew和我在学校位于Newmarket的步态实验室测试肌肉振动,我们迎来了‘尤里卡时刻’,得到了期待已久的初步结果。”

正如Lowry所解释的:“实验的关键环节是通过电刺激触发并测量身体的一种反射反应,叫做H反射(H-reflex)。要能稳定获取这个H反射信号,过程特别困难、也特别耗时。

“不过,一旦我们搞清楚了这一点,我们的设想是:通过对肌肉施加振动,能够抑制或减弱这种反射——而这正是实际发生的情况。在对肌肉施加振动的过程中,H反射基本消失了。”

同窗互助

Lowry说,ABI其他研究生的支持,对他能完成博士学位至关重要。

“我觉得读博是一种相当特殊的经历,只有正在经历或曾经经历过的人才能真正理解,”他说。

看到同学们面对同样的挑战并坚持下来,给了他继续走下去的决心。此外还有“吃掉的大量巧克力”,这让他的家庭医生颇为无奈。

参加学术会议的机会——包括一次日本之行——也是支撑他度过艰难阶段的动力之一。

走出实验室

完成博士学位后,Lowry的目标是投身医疗科技(medtech)领域,专注于开发能改善患者护理的医疗设备、器械及数字健康技术。

作为这一目标的一部分,他希望把振动疗法的研究工作推出实验室,从有潜力的研究结果转化为真正能帮到患者的产品。为此,他希望能与Medtech-IQ合作——这是一个设在奥克兰大学、帮助研究人员将科研发现转化为可用医疗技术的全国性创新中心。

Fernandez表示,Lowry一直对步态分析技术和实验生物力学感兴趣,但他同时也热衷于创业机会和成果商业化。

不过,Lowry也清楚,生物工程研究没有捷径可走。

“读博让我明白,科研是靠一步步的小步迭代推进的,而我很幸运能把这一进程往前推进了一步。如果这一步能让肌肉痉挛患者少受一点苦,那就值得了。”