作者:刁雯蕙 来源:中国科学报 发布时间:2020/7/30 10:53:13
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深圳先进院研发新型仿玫瑰花瓣神经接口器件
有望解决植入式医疗器件关键难题

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表面设计有微锥阵列结构的神经接口器件有效降低炎性反应并促神经元网络化。深圳先进院供图

神经刺激技术因对如帕金森症、癫痫、失明和抑郁等神经系统疾病的治疗有显著效果而备受关注。传统植入式神经器件通常采用金属、有机物和高分子等复合材料制备,但因其与生物组织性能相差较大,植入后易被视为异物而引起炎性反应,最终导致器件被纤维化组织包裹以及植入体周围神经元的死亡。

针对该问题,中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)研究团队研发出具有微锥阵列结构的神经接口器件,经过小鼠试验后,能显著促进神经元突触的贴附和攀爬(类爬山虎行为),以及周期性神经元网络构建,不仅极大提高神经器件植入后的生物相容性与有效性,也为神经元网络重建与功能调节提供全新策略与方法。7月27日,相关成果发表于工程领域权威期刊《微系统与纳米工程》。陈洪旭、王璐璐为共同第一作者,杜学敏与鲁艺为共同通讯作者,深圳先进院为唯一通讯单位。

“人体对植入式器件非常敏感,一旦植入会有很大的反应。”杜学敏表示,炎症和神经元的坏死会影响神经器件在慢性植入过程中的性能,严重阻碍了神经刺激技术的广泛应用。因此,如何减轻神经器件界面的炎性反应并实现长期有效的刺激,是植入式神经器件亟待解决的关键问题。

针对现有挑战,在基于前期研究中证实的微纳结构能够调控细胞的行为,研究团队提出一个假设,是否能够通过一种微观的物理结构,让神经器件起到长期抗炎的效果?玫瑰花瓣独特的结构给团队带来了科研灵感。

研究团队将胶体微球在基底上规整排列,利用离子刻蚀法将球体进行刻蚀,随后制备出仿玫瑰花瓣表面独有的微锥阵列结构,并将这种胶体晶体刻蚀方法制备出的特殊结构设计到神经器件表面。在验证实验中,研究人员首先将具备微纳结构的植入式神经器件放入含有神经细胞的培养基中,观察发现,神经元细胞在接触到微纳结构之后,促进了神经元突触的攀附和生长,并形成了独特的周期性神经网络。

当组织受到损伤时,星型胶质细胞会被立刻激活,通过大量增殖对患处或植入式器件进行包裹,以防止其他组织受到侵害。

“传统的植入式神经器件通过包裹抗炎症的药物,来降低炎症的发生,抗炎症的作用非常有限。”鲁艺表示,而在6周的慢性植入小鼠实验中,研究团队发现,这类结新型构能够阻碍星型胶质细胞的贴附和组织包囊的形成,进而证实了具有微纳形貌的植入式神经器件具有优异的抗炎功能。

该研究通过独特的物理结构有效降低了炎性反应并促进神经元网络化,不仅为神经器件长期植入并有效刺激提供保障,而且也为重建神经元网络及调节神经功能提供全新策略与方法,在植入式医疗器件等方面具有良好的应用前景。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41378-020-0172-0

 
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