神經(jīng)損傷不用愁，復(fù)旦學(xué)者發(fā)明會(huì)自卷的“膠帶”，治完自動(dòng)消失

近日，復(fù)旦大學(xué)宋恩名教授和團(tuán)隊(duì)造出一種名為 SWB 的神經(jīng)接口，可以自己卷起來包住受傷的神經(jīng)，容納后慢慢釋放藥物、用光加熱治療，最后還會(huì)自己消失，不用二次手術(shù)取出來。

該神經(jīng)接口的整體厚度只有 1 微米左右。它平時(shí)是攤平的一張薄膜，當(dāng)把它放在受傷的神經(jīng)旁邊，輕輕一碰，它就像卷餅一樣自己卷起來，嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地裹住神經(jīng)。不管神經(jīng)粗得像牙簽，還是細(xì)得像頭發(fā)絲，甚至比頭發(fā)絲細(xì)十倍，它都能貼得剛剛好。

（來源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521817123）

宋恩名告訴 DeepTech：“以前的神經(jīng)修復(fù)裝置大多是毫米級(jí)的，我們首次能做到了 15 微米直徑以下的自卷曲，可以匹配那些特別細(xì)的神經(jīng)末梢。而且我們率先實(shí)現(xiàn)了把智能光熱材料和可降解藥物層集成到自卷曲管里的，實(shí)現(xiàn)了無線、多模式的綜合性聯(lián)合治療。”

圖 | 宋恩名（來源：受訪者）

這個(gè)卷起來的能力從何而來？秘密藏在材料里。

該團(tuán)隊(duì)使用了兩層氮化硅薄膜，一層內(nèi)部有拉應(yīng)力，一層內(nèi)部有壓應(yīng)力，就像兩根緊繃的橡皮筋朝著不同的方向使勁。平時(shí)，這兩層互相拉扯著保持平衡，一旦從襯底上釋放下來，就會(huì)自動(dòng)卷曲成為管狀。通過調(diào)整兩層的厚度比例，就能控制卷起來的直徑，最小能夠做到 15 微米，最大能到 1 毫米。也就是說，從最細(xì)的神經(jīng)末梢到最粗的坐骨神經(jīng)，它都能完美貼合。

光會(huì)卷還不夠，還得會(huì)治病。在這個(gè)三層結(jié)構(gòu)里，最內(nèi)層貼著神經(jīng)的那一面，涂了一層海藻酸鈉，里面裝了一種名為吲哚-3-丙酸的藥物。這種藥物是人體腸道內(nèi)天然存在的物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)它能激活一種名為孕烷 X 受體的蛋白質(zhì)，調(diào)動(dòng)免疫細(xì)胞來清理受損部位的垃圾，為神經(jīng)再生鋪平道路。藥物在植入后 45 分鐘內(nèi)會(huì)釋放 80%，能夠做到快速起效。

中間是一層 MXene 材料，只有 110 納米厚。這個(gè)材料能夠吸收近紅外光然后發(fā)熱。該團(tuán)隊(duì)使用 808 納米的激光照射它，30 秒就能升溫十幾度。這個(gè)熱度控制在 43 度左右，剛好能夠促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)而不會(huì)燙傷組織。激光可以穿透皮膚和組織，在體外無線控制，無需在身體上開洞接線。

最外層是復(fù)合型雙層氮化硅，用來保護(hù)整個(gè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)讓激光順利透照到 MXene 上。該團(tuán)隊(duì)把這種材料在大鼠身上做實(shí)驗(yàn)。先把大鼠的坐骨神經(jīng)夾傷，打造出來神經(jīng)損傷模型，然后把該微管結(jié)構(gòu)自卷曲在受傷的地方。之后每周食用激光照射兩次，每次 5 分鐘，一個(gè)月后查看效果。

（來源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521817123）

結(jié)果很明顯。沒有任何治療的那組，大鼠走路一瘸一拐，后腿肌肉萎縮得很厲害。用了這個(gè)裝置的那組，走路姿勢(shì)接近正常大鼠，肌肉也飽滿很多。他們還使用電極刺激神經(jīng)，測(cè)量肌肉的電信號(hào)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療組的信號(hào)強(qiáng)度比未治療組高出 30% 以上。顯微鏡下的神經(jīng)切片顯示，治療組的髓鞘厚度也更加接近健康神經(jīng)。

而且，這套裝置完成任務(wù)后會(huì)自己消失。該團(tuán)隊(duì)將它泡在模擬體液的溶液里，95 度高溫下加速測(cè)試，一個(gè)月后薄膜完全溶解。根據(jù)降解模型推算，在人體溫度下它能穩(wěn)定工作一個(gè)多月，足夠神經(jīng)完成初步修復(fù)，然后慢慢消失，無需再二次手術(shù)拆線取出。

（來源：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521817123）

毒性測(cè)試也很關(guān)鍵，他們把材料浸出液和細(xì)胞一起培養(yǎng)，三天后細(xì)胞活性和對(duì)照組沒有差別。植入大鼠體內(nèi)一個(gè)月后，檢查心肝脾肺腎，也沒有發(fā)現(xiàn)炎癥或損傷，說明對(duì)于身體是安全的。

這套神經(jīng)接口不僅可以發(fā)熱，還可以導(dǎo)電，將來后續(xù)能夠?qū)崿F(xiàn)光電雙重刺激，或者做成傳感器監(jiān)測(cè)神經(jīng)恢復(fù)情況。再加上無線控制和閉環(huán)反饋，這套系統(tǒng)有望成為一種智能的、可植入的神經(jīng)修復(fù)平臺(tái)乃至推廣成產(chǎn)品。

宋恩名表示：我們做這個(gè)研究的初衷，就是希望能實(shí)現(xiàn)一種精準(zhǔn)到位的治療，只作用于受損的那一小塊區(qū)域，不干擾周圍的健康組織。

“下一步的計(jì)劃，我們還是想把器件性能往前推，甚至面向醫(yī)療器械產(chǎn)品需求。”他說。現(xiàn)在的裝置需要外界光照才能發(fā)揮作用，其希望將來能做到完全被動(dòng)式的，不需要外部干預(yù)。另外也在考慮做陣列化的設(shè)計(jì)，這樣可以在神經(jīng)周圍布置多個(gè)功能位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的調(diào)控。

參考資料：

相關(guān)論文https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521817123

排版：何晨龍、胡巍巍