在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)斯坦福大學(xué)張安琪博士和哈佛大學(xué)Charles Lieber教授等研究人員開發(fā)出了微小、超柔韌的網(wǎng)狀神經(jīng)探針，可以植入嚙齒動(dòng)物大腦中100微米以下的血管中。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年7月21日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature”。

在這篇論文中，這些作者通過(guò)測(cè)量大鼠大腦皮層和嗅球的場(chǎng)電位和單單元尖峰（single-unit spike），展示了他們的網(wǎng)狀神經(jīng)探針的潛力，而無(wú)需開顱手術(shù)，也不會(huì)損傷大腦或血管。

【資料圖】

這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特之處在于使用了超柔韌的血管內(nèi)探針，無(wú)需進(jìn)行侵入性手術(shù)就能將該探針精確地送入微小血管。該探針可以進(jìn)入其他方法難以安全到達(dá)的大腦區(qū)域，通過(guò)調(diào)整它們的機(jī)械性能，有選擇地植入不同的大腦分支。

受基于導(dǎo)管的微創(chuàng)注射程序的啟發(fā)，這些作者設(shè)計(jì)了基于聚合物的超柔韌微血管（micro-endovascular, MEV）探針，這些探針可以裝入柔性微導(dǎo)管并從導(dǎo)管中進(jìn)行注射。

通過(guò)微導(dǎo)管中的生理鹽水流，MEV探針可以進(jìn)入更深的血管。然后將微導(dǎo)管收回，將 MEV 探針留在原位。用于神經(jīng)電子接口的傳統(tǒng)顱內(nèi)深度電極需要進(jìn)行侵入性手術(shù)，并且在植入過(guò)程中可能會(huì)損壞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

在組織學(xué)測(cè)試中，這些探針表現(xiàn)出長(zhǎng)期穩(wěn)定性，免疫反應(yīng)極小。這些探針不會(huì)變形或穿透血管壁，不會(huì)對(duì)血腦屏障造成損害，也不會(huì)明顯減少血流量或?qū)е律窠?jīng)功能障礙。

在麻醉大鼠的大腦皮層和嗅球中成功實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)電生理學(xué)記錄。這些探針顯示了分支選擇性植入和操作，揭示了神經(jīng)疾病模型的不同放電特性。實(shí)現(xiàn)了單單元活動(dòng)記錄，顯示了跨血管壁的單細(xì)胞分辨率。

腦血管的范圍從淺表皮層大血管到皮層內(nèi)的微血管和毛細(xì)血管床。在大鼠大腦中，約有 5% 的血管直徑大于 100 μm，研究中的 MEV 探針可以靶向這些血管。

通過(guò)進(jìn)一步減小這些探針的尺寸和彎曲剛度，就可能靶向直徑更小的血管。目前可用于人類和綿羊的血管內(nèi)探針只能靶向直徑超過(guò) 2.4 毫米的最大血管。

這些作者總結(jié)說(shuō)，“這種平臺(tái)技術(shù)作為一種研究工具可能能夠擴(kuò)展到許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的檢測(cè)和治療，并可作為微創(chuàng)神經(jīng)電子接口臨床轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)?！?/p>

參考資料：

Anqi Zhang et al. Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature. Science, 2023, doi:10.1126/science.adh3916.

Brian P. Timko. Neural implants without brain surgery. Science, 2023, doi:10.1126/science.adi9330.

來(lái)自：?生物谷

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