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盈丰十大品牌

盈丰十大品牌:【中国科学报】新神经接口器件灵感来自玫瑰花瓣

有望解决植入式医疗装置关键难题

2020-07-31 中国科学报 刁雯蕙
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新型微锥阵列神经界面示意图 中科院深圳先进院供图

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)研发出具有微锥阵列结构的神经接口器件。小鼠试验证明,这种结构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《微系统与纳米工程》。

  神经刺激技术因对诸如帕金森氏症、癫痫、失明和抑郁等神经系统疾病有显著疗效而备受关注。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,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死亡。

  “人体对植入式器件非常敏感,一旦植入会有很大的反应。”论文共同通讯作者、深圳先进院研究员杜学敏表示,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,基于前期研究证实的微纳结构能调控细胞行为,研究团队提出一个假设,能否通过一种微观物理结构,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。

  通过原代神经细胞培养实验,研究人员发现神经器件界面的微锥阵列结构与神经元胞体尺寸接近,因而能有效促进神经元细胞的贴附;其表面特殊的微纳形貌显著促进了神经元突触的攀附和生长,并形成独特的周期性神经网络。

  结合慢性植入实验,研究团队还发现了这类结构的抗炎功能。

  “传统植入式神经器件通过包裹抗炎症药物降低炎症的发生,但抗炎症的作用非常有限。”论文共同通讯作者、深圳先进院研究员鲁艺表示,在6周的慢性植入小鼠实验中,他们发现,这类新型结构能够阻碍星形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,在植入式医疗器件领域具有良好的应用前景。

  相关论文信息:http://www.482.2008SB.COM/10.1038/s41378-020-0172-0

  (原载于《中国科学报》 2020-07-31 第4版 综合)
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