给脑部植入物穿上一层柔软的“外衣”_医疗健康

2017

05/19

09:20

康健新视野（微信号 HealthHorizon）医疗健康

瘫痪者可以在大脑内植入芯片控制外部机械手；帕金森患者可以在大脑中植入电极进行治疗；这样的技术报道已经屡见不鲜。在电影中，大脑内植入芯片可以瞬间就学会很多的知识，也许哪一天就会变成现实。人类对大脑的开发将进入一个全新的探索阶段。

在常规的意识里，各种大脑植入物在脑部的工作时间取决于它们的供能，其实还有一个因素往往被我们忽略了，那就是与脑组织的生物相容性。很多大脑植入物会对脑部组织产生这样或那样的影响，比如，摩擦、增生、瘢痕等，严重时，人们不得不停止这些植入物的工作，将它们取出。

如何能够让这些电子设备能够很好的与大脑组织接触，提高它们的生物相容性呢？来自MIT材料科学与工程学院的科学家们想了一个办法，为这些坚硬的设备穿上一层柔软的“外衣”。研究发表在最近的《Nature》子刊《Scientific Reports》上。

这层柔软的外衣就是现在最流行的生物材料——水凝胶。

此前，很多帕金森患者需要在脑部植入电极进行治疗，电极可以释放低频电流，覆盖几毫米的直径范围。植入后，很多患者需要面临的问题是，这些电极对周围脑组织持续的摩擦使得周围的组织变为瘢痕组织，这是一种胶质增生，使得设备难以长期在脑部工作。

图片来源：MIT NEWS

现在，研究人员尝试通过在电极上覆盖一层水凝胶的涂层，以减小电极与大脑组织间的摩擦，使表面更加柔和，减少瘢痕组织的生成。研究人员选择的水凝胶材料基质为聚乙二醇二甲基（PEG-DMA）。涂层被设计成与脑组织具有相似的弹力，研究人员还可以人为的控制涂层的厚度。

最初，研究人员直接对电极包被涂层，他们很快发现，涂层在入脑的过程中会脱落。之后，研究人员变更了策略，用另外一种方式。他们先将水凝胶涂层干燥，使之成为一个坚硬的外部薄膜层，在入脑的过程中，涂层就不会脱落。当电极被插入后，涂层膜吸收了水分，就会恢复柔软的性质。

研究还进一步探讨了植入电极的尺寸与机械性质的对大脑组织的综合影响。此前，并未有研究对大脑植入物的几何因素给出明确的最佳选择，本次研究填补了相关的空白。研究人员在小鼠身上测试了不同直径的有涂层和没有涂层的电极纤维，他们发现，在直径大于30微米的尺寸里，有水凝胶涂层的纤维相对于无涂层的纤维来说，由于机械性质柔软，瘢痕要少得多；但是随着电极的纤维变小，当直径小于30微米之后，未涂层的版本产生的瘢痕要少，因为涂层会增加纤维的直径。一般来说，涂层的厚度在25-100微米之间。

对于30微米这个临界直径，研究人员表示，这一尺寸是否使用于电刺激、脑部药物递送和大脑中电活动记录，尚有待进一步研究。

研究对于电极的几何性质和机械性质对于生物相容性的影响进行了系统的分析，给出了今后科学研究中，对于此类脑植入物的设计提供了一个非常有价值的指导。

参考资料

[1] Making brain implants smaller couldprolong their lifespan

[2] Characterization of MechanicallyMatched Hydrogel Coatings to Improve the Biocompatibility of Neural Implants

来源：康健新视野（微信号 HealthHorizon）

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