納米大牛、哈佛大學(xué)Charles M. Lieber院士，在因與中國合作身陷囹圄后，于近期帶領(lǐng)團隊接連在科學(xué)大刊《Science》、《Nature Biomedical Engineering》上發(fā)表重磅成果。
Lieber院士專注于通過納米級材料、納米級電子器件與人體組織合成“半機器人組織”（cyborg tissue），他提出的“neural lace”概念——將金屬支架植入大腦，啟發(fā)了馬斯克的腦機接口公司Neuralink。
而此次，Lieber院士團隊更上一層樓，突破了以往腦機接口元件生物相容性較低，材料較硬的瓶頸。
其團隊研發(fā)的名為VasES的電子支架，具有與大腦血管類似的結(jié)構(gòu)和生化表面，可以促進神經(jīng)元向病變部位的遷移，實現(xiàn)腦組織受損后的神經(jīng)修復(fù)和再生。VasES 還內(nèi)置了電極，能夠監(jiān)控單個神經(jīng)元水平上的動態(tài)。
1、仿血管電子支架，實現(xiàn)腦再生
在成人大腦中，神經(jīng)干細胞在很大程度上被限制在離散的神經(jīng)源龕中，因此在遭遇神經(jīng)退行性疾病等腦神經(jīng)損傷后，大腦通常無法自發(fā)恢復(fù)，同時也缺乏能夠長期監(jiān)測腦組織受損情況的微創(chuàng)設(shè)備，成為一大醫(yī)學(xué)難題。
為此Lieber院士團隊，設(shè)計并開發(fā)了一種類似血管分支結(jié)構(gòu)的電子支架VasES，其主體結(jié)構(gòu)和腦動脈及靜脈相當，分支結(jié)構(gòu)與大腦毛細血管尺寸相當，約微米寬。
為了增強支架的生物相容性，團隊在電子支架的聚合物表面通過共價偶聯(lián)，均勻地修飾上了蛋白信號分子層粘連蛋白，使其具有類血管的生化屬性。
這一結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面特性能夠促進新生神經(jīng)元的遷移，讓新生神經(jīng)元沿著電子支架遷移到受損的腦部區(qū)域。
為了跟蹤和刺激神經(jīng)元再生，團隊還將 32 個可單獨尋址的 20 μm 直徑的鉑金微電極整合到層粘蛋白包被的支鏈聚合物支架中，最后把支架立體定向植入到小鼠模型中。
新生神經(jīng)元沿VasES遷移到切除部位
團隊構(gòu)建的小鼠模型，模擬了中風(fēng)后局部腦區(qū)的大量神經(jīng)元死亡。在植入支架后，VasES元件誘導(dǎo)了新生神經(jīng)元遷移，在VasES對齊方向形成了細長的鏈狀細胞聚集體。
在植入后1周開始，受損部位出現(xiàn)了新的電位尖峰，表明新生神經(jīng)元是自發(fā)活躍的。
上述實驗表明，VasES能夠誘導(dǎo)腦再生，并實現(xiàn)治療期間的監(jiān)控，為神經(jīng)損傷提供了一種有前景的治療方法。
相關(guān)論文以“Laminin-coated electronic scaffolds with vascular topography for tracking and promoting the migration of brain cells after injury”為題，發(fā)表在最新一期的《Nature Biomedical Engineering》上。
值得關(guān)注的是，這篇文章的通訊一作是來自中國的楊笑博士。
2、"碾壓"馬斯克，全身接口雛形誕生
我們前面提到，馬斯克的腦機接口公司Neuralink曾獲得過Lieber院士的啟發(fā)，近期Neuralink已經(jīng)獲得FDA批準進行人體臨床試驗，公司正積極招募愿意在頭骨上“開孔”，植入腦機接口的志愿者。
雖然有報道顯示，目前有數(shù)千人表示對當志愿者“超級感興趣”，但對于更多人來說頭頂上“開孔”畢竟還是需要不小的勇氣。
Lieber院士團隊近期發(fā)表在《Science》上的研究，就提出了一種超柔性微血管內(nèi)（MEV）探針，無需開顱，通過頸部血管就能進入到到大鼠大腦100微米級血管中，并實現(xiàn)長期穩(wěn)定的電生理信號記錄。
血管內(nèi)植入和MEV探頭
這種探針采用網(wǎng)狀設(shè)計，包含16個不同的記錄元件，通過導(dǎo)管經(jīng)頸內(nèi)動脈釋放。這種探針類似血管支架，能夠自發(fā)擴張，記錄血管壁上的神經(jīng)元信號。由于極小的尺寸，探針能夠到達此前無法進入的<100 µm血管分支，記錄大腦中動脈（MCA）和大腦前動脈（ACA）的不同放電模式，二者分別覆蓋皮層和嗅球。
研究團隊在在植入探針的半球皮層注射了青霉素誘導(dǎo)局部癲癇發(fā)作。該探針所有16個通道的同時記錄僅在三個相鄰?fù)ǖ乐凶R別出尖峰，證明了探針定位和追蹤癲癇灶的能力。
電生理信號記錄
據(jù)了解，在實驗中這種探針能進入<100 µm血管分支，但其較小的版本甚至可以到達直徑<10µm的毛細血管，通過普通針頭就能注射，未來或許能夠通過磁引導(dǎo)控制方向，抵達全身，實現(xiàn)全身機器接口，具有龐大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
這篇論文的第一通訊作者同樣是來自中國女科學(xué)家——張安琪博士。
Charles Lieber是美國五院院士、中國科學(xué)院外籍院士，美國哈佛大學(xué)化學(xué)系前系主任，作為國際納米技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，竟然因“隱瞞與中國合作”，2020年被判2年監(jiān)督釋放和5萬美元罰金?，F(xiàn)在其帶領(lǐng)的團隊接連發(fā)表重磅成果，可以說實現(xiàn)了涅槃重生。
目前，國內(nèi)腦機接口賽道火熱，我們也期待未來國內(nèi)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)更多技術(shù)突破。
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