新型微錐陣列神經界面示意圖 中科院深圳先進院供圖
本報訊（見習記者刁雯蕙）近日，中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）研發出具有微錐陣列結構的神經接口器件。小鼠試驗證明，這種結構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《微系統與納米工程》。
神經刺激技術因對諸如帕金森氏症、癲癇、失明和抑鬱等神經系統疾病有顯著療效而備受關注。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，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死亡。
「人體對植入式器件非常敏感，一旦植入會有很大的反應。」論文共同通訊作者、深圳先進院研究員杜學敏表示，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，基於前期研究證實的微納結構能調控細胞行為，研究團隊提出一個假設，能否通過一種微觀物理結構，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。
通過原代神經細胞培養實驗，研究人員發現神經器件界面的微錐陣列結構與神經元胞體尺寸接近，因而能有效促進神經元細胞的貼附；其表面特殊的微納形貌顯著促進了神經元突觸的攀附和生長，並形成獨特的周期性神經網絡。
結合慢性植入實驗，研究團隊還發現了這類結構的抗炎功能。
「傳統植入式神經器件通過包裹抗炎症藥物降低炎症的發生，但抗炎症的作用非常有限。」論文共同通訊作者、深圳先進院研究員魯藝表示，在6周的慢性植入小鼠實驗中，他們發現，這類新型結構能夠阻礙星形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，在植入式醫療器件領域具有良好的應用前景。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41378-020-0172-0
《中國科學報》 (2020-07-31 第4版 綜合)