深圳先進(jìn)院研發(fā)出受生物啟發(fā)的具有增強抗炎效應(yīng)和促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化的微錐陣列神經(jīng)界面
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所納米調(diào)控與生物力學(xué)研究中心杜學(xué)敏研究團隊與腦所腦圖譜中心魯藝研究團隊合作，研發(fā)出具有微錐陣列結(jié)構(gòu)的神經(jīng)接口器件，能顯著促進(jìn)神經(jīng)元突觸的貼附和攀爬（類爬山虎行為）和周期性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，不僅極大提高神經(jīng)器件植入后的生物相容性與有效性，而且也為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)重建與功能調(diào)節(jié)提供全新策略與方法。研究成果以Bioinspired microcone-array-based living biointerfaces: enhancing the anti-inflammatory effect and neuronal network formation為題，發(fā)表在工程領(lǐng)域權(quán)威期刊Microsystems & Nanoengineering (影響因子：5.05)。 陳洪旭、王璐璐為共同第一作者，杜學(xué)敏研究員與魯藝研究員為共同通訊作者，深圳先進(jìn)院為唯一通訊單位。
神經(jīng)刺激技術(shù)因?qū)ι窠?jīng)系統(tǒng)疾病（如帕金森癥、癲癇、失明和抑郁等）的治療有顯著效果而備受關(guān)注。傳統(tǒng)植入式神經(jīng)器件通常采用金屬、有機物和高分子等復(fù)合材料制備，但因其與生物組織性能相差較大，植入后易被視為異物而引起炎性反應(yīng)，最終導(dǎo)致器件被纖維化組織包裹以及植入體周圍神經(jīng)元的死亡。上述問題顯著影響了神經(jīng)器件在慢性植入過程中的性能，嚴(yán)重阻礙了神經(jīng)刺激技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此，如何減輕神經(jīng)器件界面的炎性反應(yīng)并實現(xiàn)長期有效的刺激，是植入式神經(jīng)器件亟待解決的關(guān)鍵問題。
針對現(xiàn)有挑戰(zhàn)，研究團隊提出通過神經(jīng)器件表面形貌調(diào)控進(jìn)而實現(xiàn)有效抗炎性反應(yīng)功能。基于研究團隊前期微納結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控（Materials Horizons, 2020, 7(5), 1341；Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(48), 24748；ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(17), 15927）與通過微納結(jié)構(gòu)形貌動態(tài)調(diào)控細(xì)胞行為（National Science Review, 2020, 7, 629）的研究基礎(chǔ)上，研究團隊采用膠體晶體刻蝕方法制備出仿玫瑰花瓣表面獨有的微錐陣列結(jié)構(gòu)，并將這類結(jié)構(gòu)設(shè)計到神經(jīng)器件表面。通過原代神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)器件界面的微錐陣列結(jié)構(gòu)與神經(jīng)元胞體尺寸接近，因而能有效促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞的粘附；其表面特殊的微納形貌顯著促進(jìn)了神經(jīng)元突觸的攀附和生長，并形成獨特的周期性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。非常有意思的是，結(jié)合慢性植入實驗，研究團隊還發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)同時能阻礙星型膠質(zhì)細(xì)胞的貼附和組織包囊的形成，進(jìn)而證實了具有微納形貌的植入式神經(jīng)器件具有優(yōu)異的抗炎功能。這項工作通過獨特的物理結(jié)構(gòu)有效降了低炎性反應(yīng)并促進(jìn)了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)化，不僅為神經(jīng)器件長期植入并有效刺激提供保障，而且也為重建神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及調(diào)節(jié)神經(jīng)功能提供全新策略與方法。
該系列研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、廣東省、深圳市等科技項目資助。
表面設(shè)計有微錐陣列結(jié)構(gòu)的神經(jīng)接口器件有效降低炎性反應(yīng)并促神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)化
