| 深圳先進院研發新型仿玫瑰花瓣神經接口器件 |
| 有望解決植入式醫療器件關鍵難題 |
表面設計有微錐陣列結構的神經接口器件有效降低炎性反應並促神經元網絡化。深圳先進院供圖
神經刺激技術因對如帕金森症、癲癇、失明和抑鬱等神經系統疾病的治療有顯著效果而備受關注。傳統植入式神經器件通常採用金屬、有機物和高分子等複合材料製備，但因其與生物組織性能相差較大，植入後易被視為異物而引起炎性反應，最終導致器件被纖維化組織包裹以及植入體周圍神經元的死亡。
針對該問題，中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）研究團隊研發出具有微錐陣列結構的神經接口器件，經過小鼠試驗後，能顯著促進神經元突觸的貼附和攀爬（類爬山虎行為），以及周期性神經元網絡構建，不僅極大提高神經器件植入後的生物相容性與有效性，也為神經元網絡重建與功能調節提供全新策略與方法。7月27日，相關成果發表於工程領域權威期刊《微系統與納米工程》。陳洪旭、王璐璐為共同第一作者，杜學敏與魯藝為共同通訊作者，深圳先進院為唯一通訊單位。
「人體對植入式器件非常敏感，一旦植入會有很大的反應。」杜學敏表示，炎症和神經元的壞死會影響神經器件在慢性植入過程中的性能，嚴重阻礙了神經刺激技術的廣泛應用。因此，如何減輕神經器件界面的炎性反應並實現長期有效的刺激，是植入式神經器件亟待解決的關鍵問題。
針對現有挑戰，在基於前期研究中證實的微納結構能夠調控細胞的行為，研究團隊提出一個假設，是否能夠通過一種微觀的物理結構，讓神經器件起到長期抗炎的效果？玫瑰花瓣獨特的結構給團隊帶來了科研靈感。
研究團隊將膠體微球在基底上規整排列，利用離子刻蝕法將球體進行刻蝕，隨後製備出仿玫瑰花瓣表面獨有的微錐陣列結構，並將這種膠體晶體刻蝕方法製備出的特殊結構設計到神經器件表面。在驗證實驗中，研究人員首先將具備微納結構的植入式神經器件放入含有神經細胞的培養基中，觀察發現，神經元細胞在接觸到微納結構之後，促進了神經元突觸的攀附和生長，並形成了獨特的周期性神經網絡。
當組織受到損傷時，星型膠質細胞會被立刻激活，通過大量增殖對患處或植入式器件進行包裹，以防止其他組織受到侵害。
「傳統的植入式神經器件通過包裹抗炎症的藥物，來降低炎症的發生，抗炎症的作用非常有限。」魯藝表示，而在6周的慢性植入小鼠實驗中，研究團隊發現，這類結新型構能夠阻礙星型膠質細胞的貼附和組織包囊的形成，進而證實了具有微納形貌的植入式神經器件具有優異的抗炎功能。
該研究通過獨特的物理結構有效降低了炎性反應並促進神經元網絡化，不僅為神經器件長期植入並有效刺激提供保障，而且也為重建神經元網絡及調節神經功能提供全新策略與方法，在植入式醫療器件等方面具有良好的應用前景。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41378-020-0172-0
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