新型微錐陣列神經(jīng)界面示意圖 中科院深圳先進(jìn)院供圖

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（以下簡稱深圳先進(jìn)院）研發(fā)出具有微錐陣列結(jié)構(gòu)的神經(jīng)接口器件。小鼠試驗(yàn)證明，這種結(jié)構(gòu)能顯著促進(jìn)神經(jīng)元突觸的貼附和攀爬（類爬山虎行為）以及周期性神經(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，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。7月27日，相關(guān)成果發(fā)表于《微系統(tǒng)與納米工程》。

　　神經(jīng)刺激技術(shù)因?qū)χT如帕金森氏癥、癲癇、失明和抑郁等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有顯著療效而備受關(guān)注。傳統(tǒng)植入式神經(jīng)器件通常采用金屬、有機(jī)物和高分子等復(fù)合材料制備，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)元死亡。

　　“人體對植入式器件非常敏感，一旦植入會有很大的反應(yīng)。”論文共同通訊作者、深圳先進(jìn)院研究員杜學(xué)敏表示，炎癥和神經(jīng)元的壞死會影響神經(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(shí)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)，基于前期研究證實(shí)的微納結(jié)構(gòu)能調(diào)控細(xì)胞行為，研究團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)假設(shè)，能否通過一種微觀物理結(jié)構(gòu)，讓神經(jīng)器件起到長期抗炎的效果？玫瑰花瓣獨(dú)特的結(jié)構(gòu)給團(tuán)隊(duì)帶來了科研靈感。

　　研究團(tuán)隊(duì)將膠體微球在基底上規(guī)整排列，利用離子刻蝕法將球體進(jìn)行刻蝕，隨后制備出仿玫瑰花瓣表面獨(dú)有的微錐陣列結(jié)構(gòu)，并將這種膠體晶體刻蝕方法制備出的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到神經(jīng)器件表面。

　　通過原代神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(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)胞的貼附；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(dú)特的周期性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　結(jié)合慢性植入實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了這類結(jié)構(gòu)的抗炎功能。

　　“傳統(tǒng)植入式神經(jīng)器件通過包裹抗炎癥藥物降低炎癥的發(fā)生，但抗炎癥的作用非常有限。”論文共同通訊作者、深圳先進(jìn)院研究員魯藝表示，在6周的慢性植入小鼠實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，這類新型結(jié)構(gòu)能夠阻礙星形膠質(zhì)細(xì)胞的貼附和組織包囊的形成，進(jìn)而證實(shí)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。

　　該研究通過獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)有效降低了炎性反應(yīng)并促進(jìn)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)化，在植入式醫(yī)療器件領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41378-020-0172-0