麻省理工学院(MIT)的一组研究人员在过去六年中一直在完善和结合多项先进技术，以创建一个革命性平台来治疗各种神经系统疾病和精神疾病。这种方法不仅可能比传统方法更有效，还能避免需要承担特定风险的复杂手术程序。
这项技术被称为Circulatronics（循环电子技术），其理念是利用电子学和生物运输的融合，在体内自主植入生物电子设备——完全避免了进行手术以实现现代治疗形式的需要。
该技术的核心是针对各种疾病使用针对大脑的靶向电刺激。近年来，这种方法已应用于治疗抑郁症、阿尔茨海默病、多发性硬化症和脑肿瘤。
通常，患者需要进行侵入性手术将电极植入大脑——这种手术会带来感染风险和可能的脑组织损伤。这些手术也非常昂贵，全球约30亿神经系统疾病患者中的大多数都难以获得这种治疗。
这项集成技术完全摒弃了这种手术。相反，它涉及亚细胞级无线电子设备(SWED)，可以通过手臂注射将这些设备送入大脑。一旦这些微型芯片被注入，它们可以在大脑的目标区域自主植入，并在向受影响区域提供电刺激时自行供电。
Circulatronics已在上周发表在《自然·生物技术》杂志上的一篇论文中进行了描述；资深作者Deblina Sarkar领导着麻省理工学院的纳米-网络生物探索实验室，她与来自麻省理工学院、韦尔斯利学院和哈佛大学的其他研究人员合作完成了这项工作。
这项技术有两个引人入胜的方面：SWEDs本身，以及它们到达大脑的方式。
首先，核心电子元件非常小，大约是米粒长度的十亿分之一。它们由夹在金属层之间的有机半导体聚合物层制成，形成微型芯片，足够紧凑可以附着在循环的血细胞上。SWEDs被设计为使用光伏原理无线收集能量，即将光转换为电能。这意味着它们可以通过从体外应用光线来供电，例如可以穿透颅骨的近红外激光。
这些设备能够以极高的精确度对大脑深层区域进行高度集中的刺激。即使在如此微型的尺度上，这些设备也能产生纳米瓦级别的电力，用微小的电脉冲刺激大脑。
为了引导这些SWEDs到达大脑，它们与称为单核细胞的活体免疫细胞融合，形成细胞-电子混合体。这些细胞能够安全地穿过血脑屏障，并且会自然地寻找并前往身体的炎症区域。炎症是许多神经系统疾病的已知治疗靶点，因此这些混合体会找到通往大脑这些区域的路径并自主植入。
一旦混合体在目标位置植入，SWED可以通过从体外照射激光无线激活。这会触发所需的电刺激，专门调整大脑非常小的靶向区域内的神经元活动（这被称为局部神经调节）。
该技术使用小鼠进行了两个阶段的测试，以确保这一概念——使用细胞递送和运行无需手术的脑植入物——是安全有效的。
为了证明这种自导式递送系统有效，研究人员首先在小鼠大脑深部区域创建了一个小的炎症区域。这是为了模拟细胞会自然寻找的病变部位（如阿尔茨海默病或中风引起的炎症）。将混合体直接注射到小鼠的血液中。在等待72小时让细胞有时间移动和自主植入后，研究团队发现大量实验性电子设备成功到达了目标位置。
接下来，对成功自主植入混合体的小鼠使用近红外激光进行无线光刺激。研究人员寻找c-Fos（一种作为新活跃脑细胞标记的蛋白质），以查看刺激是否有效。他们发现，植入混合体的小鼠显示出大量激活的c-Fos阳性脑细胞。不仅如此，激活范围高度集中，仅限于炎症区域30微米范围内。
这可能会使下一代治疗在未来几年内惠及更多人，并使扩大治疗范围到难以进行脑部手术的地区变得更加可行。Sarkar和她的团队正在进一步开发Circulatronics，以治疗脑癌、阿尔茨海默病、慢性疼痛和其他疾病。他们还在探索向SWEDs中添加更多纳米电子电路的方法，以实现感应功能，甚至创造合成电子神经元。
这项技术还可能超越治疗神经系统疾病的范畴。Sarkar指出："这项技术不仅限于大脑，未来还可以扩展到身体的其他部位。"它可以针对其他器官，甚至有助于部署诸如无线起搏器之类的设备。
这项技术何时会出现在您附近的医院？通过麻省理工学院的衍生创业公司Cahira Technologies，Sarkar正致力于在三年内将Circulatronics推进临床试验。在商业化之前，它还将经历数年的审批程序。所以，这还需要一段时间，但它确实可能在未来医疗保健中发挥巨大作用。
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