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美国MIT研究人员开发高效微小型脑植入电极

2017-05-18 180浏览 标签: 电极

2017年5月16日,美国麻省理工学院(以下简称MIT)通过官方发布消息称,该校的一组研究人员开发出高效微小型脑植入电极。相关研究成果发表至5月16日的《Nature》杂志子刊 《Scientific Reports》上。

包括帕金森病在内的许多疾病可以通过在大脑内植入电极进行电刺激治疗,这些低频电流可被传送到参与运动控制的大脑部分。虽然用于这种深脑刺激的植入电极直径只有几毫米,然而在被植入后,它们通过不断地摩擦周围的脑组织可能产生疤痕组织导致神经胶质瘤,这降低了其治疗效果可能导致治疗失败,一半左右的植入电极在半年后停止工作,甚至可能需要额外的手术来移除。MIT的研究人员现在已经证实,将植入电极制作得更加微小化,可以减少这种疤痕,从而有望允许其在大脑中更长时间地有效工作。


图:大脑植入电极概念图(来源MIT

“我们所做的是改变规模大小,降低手术的侵入性,”MIT材料科学与工程学院David H. Koch研究所教授Michael Cima说,他同时是MIT综合癌症研究所的一名成员,以及这项研究的资深作者。这项研究的其他参与者还包括前MIT研究生Kevin Spencer、前博士后研究员Jay Sy、研究生Khalil Ramadi、教授Ann Graybiel、David H. Koch 研究所教授 Robert Langer。研究人员考虑,植入物更加微小化更加柔软化可能减少疤痕,为了使植入物更加柔软化,他们尝试用一种柔软的聚乙二醇(PEG)水凝胶进行外涂覆,并通过设计可保证植入物外部水凝胶在保持干燥时呈现坚硬,而在插入电极后涂层薄膜吸水可再次变柔软。在小鼠实验中,研究人员对有涂层涂覆和未涂层的玻璃纤维进行了不同直径的测试,发现需要在尺寸和柔软度之间进行权衡。有涂层的玻璃纤维比等直径无涂层的产生更少的疤痕。然而,随着玻璃纤维直径下降到大约30微米,无涂层的产生更少的疤痕,因为涂覆过程增加了其直径。最终,研究人员认为,30微米的无涂层玻璃纤维是大脑植入物的最佳设计。Michael Cima对此表示:“在这篇论文之前,没有人真正了解尺寸的影响,大家普遍认为柔软性是重要因素,但实际上如果因为柔软性而使植入电极变大,那就不算更好的设计。”

现在的问题是,直径只有30微米的玻璃纤维是否可以用于电刺激、药物传递和记录大脑的活动。Cima和他的同事们在这方面取得了一些初步的成果。这种电极植入物可能对治疗帕金森氏症或其他神经紊乱有潜在的作用;也可以用来从大脑中清除液体,以监测治疗是否具有预期效果;还可以记录大脑的活动,这可能监测出癫痫发作时可能出现的情况。这项研究由美国国立卫生研究院和MITSoldier Nanotechnologies研究所资助。

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