MIT團隊發明可黏附神經的電子器件，解決植入器件纖維化難題

近期，美國麻省理工學院（MIT）趙選賀教授團隊開發了一種新型的生物電子設備——可在多種外周神經上長期穩定工作的無纖維化生物電子界面（ANB，adhesive non-fibrotic bioelectronics），有效防止了異物反應導致的纖維化。

傳統的植入物像一張貼在濕潤跳動肌膚上的硬貼紙。身體每次活動，它就跟著摩擦、拱起。機體感受到這種異物，因此身體把這種持續的刺激當作“傷害信號”，就派出免疫細胞前來包圍、隔離它，逐漸形成厚厚的“膠原外殼”，也就是纖維囊包裹。

盡管這層“自我防護的盔甲”是身體的本能反應，卻會讓電子器件的信號被完全阻隔。就像你想與他人握手，卻隔著一層厚手套——電極再靈敏，也“摸”不到神經的反應。

而 ANB 具有黏附力強和反應速度快的優勢，它就像是一層能與神經長在一起的“第二層皮膚”。其界面黏附強度超過 200J/m2，優于一般商用黏附劑的黏附性能。

它先與組織中的氨基發生化學交聯反應，可以在 5 到 10 秒內快速、牢牢地固定在神經外膜上，避免了因大量免疫細胞（例如中性粒細胞和巨噬細胞等）在電子界面浸潤，而觸發的免疫防御。這樣，為器件和神經能長期“和平共處”創造了有利條件，并保持信號清晰和穩定。

該論文共同通訊作者、MIT 研究科學家吳晶晶的研究方向是組織和材料的生物界面及其體內免疫調控。她告訴 DeepTech：“讓我們感到興奮的是，在外周神經上，我們通過 ANB 進行黏附后發現其并沒有引起纖維化。實際上神經比組織更敏感，更重要的是即使是在神經上，它也沒有引起纖維化反應。正是因為這種優勢，ANB 可以通過電學刺激神經來長期調節血壓水平，而無需使用藥物。

該技術有望用于輔助化學藥物的治療，甚至替代化學藥物治療一些高血壓疾病，或其他神經系統疾病，比如抑郁、偏頭痛等慢性神經疾病的精準治療。

圖丨Hyunmin Moon（左）與吳晶晶（右）（來源：資料圖）

近日，相關論文以《用于長期功能性神經調控的多種周圍神經上的黏附性非纖維化生物電子界面》（Adhesive Non-fibrotic Bioelectronic Interfaces on Diverse Peripheral Nerves for Long-term Functional Neuromodulation）為題發表在 Science Advances[1]。MIT 博士后研究員 Hyunmin Moon 是第一作者，趙選賀教授和研究科學家吳晶晶博士擔任共同通訊作者。

圖丨相關論文（來源：Science Advances）

據介紹，這項研究是團隊在 Nature 論文基礎上的延伸與功能化突破 [2]。此前他們在器官表面提出了“抗纖維化生物組織界面”的概念，實現了抑制纖維化的生物界面。但是，當時并沒有整合電子功能。在本次研究中，研究人員進一步把生物黏附材料與可拉伸導電電子器件相結合，打造了 ANB。

在結構設計方面，該材料的整體設計通過 3D 打印將多材料集合在同一器件上。其具有 100 微米分辨率，適配不同神經尺寸和功能需求，為個體化醫療提供了可能。其中，最外層采用了聚氨酯，以避免組織和材料之間有電學交流。

這樣既能保證它和組織表面粘附時電學性能較強，又能保證它的外層的絕緣性。并且其電化學性能優異，在 1kHz 下阻抗僅 0.76kΩ，具備較高的充電存儲與注入能力，為神經刺激信號穩定提供了保障。

（來源：Science Advances）

研究人員通過實驗觀察 ANB 的異物排斥反應進程，發現這種“免疫中性”長期存在。具體來說，在植入該材料 4 周和 12 周后，組織切片顯示神經組織表面無纖維囊形成；免疫染色結果顯示，沒有大量巨噬細胞浸潤、平滑肌活化或膠原沉積，且神經絲密度與原生組織幾乎一致。

更重要的是，功能驗證上連續 4 周刺激高血壓大鼠的深腓神經，血壓調控始終穩定、無副作用，這說明神經組織界面既具有高的生物相容性，又保持長期電學穩定性。吳晶晶指出，從免疫學角度看，這意味著我們實現的不是“暫時抑制炎癥”，而是通過與生物電子界面化學共價交聯固定，真正阻斷了異物反應信號傳遞。

圖丨非纖維化生物電子界面的驗證（來源：Science Advances）

目前，該團隊已在小動物實驗階段進行驗證。他們希望接下來進一步在大型動物（比如豬）上開展實驗，并計劃發展“傳感+刺激+藥物釋放”一體化的閉環電子藥物系統，以推進到神經刺激以及聯合藥物的長期可控釋放的臨床應用。

參考資料：

1. H. Moon, B. F. G. Aymon, J Deng, T Zhou, V Prevosto, F Wang, J. Wu* Xuanhe Zhao*, Adhesive nonfibrotic bioelectronic interfaces on diverse peripheral nerves Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adz3668.

2. J. Wu, J Deng, G Theocharidis, T L. Sarrafian, L G. Griffiths, R T. Bronson, A Veves, J Chen, H Yuk*, X Zhao*, Adhesive anti fibrotic interfaces on diverse organs Nature 630，360-367 DOI: 10.1038/s41586-024-07426-9.

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