可注射脑植入物实现无创疾病靶向治疗
新研发的治疗性脑植入物有望摆脱外科手术需求。
临床医生能否通过简单的手臂注射，将微型电子芯片置入大脑并对特定靶点进行电刺激？这种技术未来或可治疗致命或致残性脑部疾病，同时规避手术相关风险与成本。
麻省理工学院研究人员在实现这一愿景的道路上取得重大突破。他们开发出可在人体循环系统中移动的微型无线生物电子设备，能够自主植入大脑目标区域并提供精准治疗。
在小鼠研究中，研究人员证实这些微型植入物注射后无需人工引导即可识别并抵达特定脑区。抵达后，设备可通过无线供电对精确区域实施电刺激。这种称为神经调控的技术在治疗脑肿瘤、阿尔茨海默病和多发性硬化症等疾病方面展现出潜力。
此外，由于电子设备在注射前已与活体生物细胞整合，它们不会被人体免疫系统攻击，并能在保持血脑屏障完整性的前提下穿越该屏障，从而维持其对大脑的关键保护作用。
研究人员展示了这项名为"循环电子学"的技术在靶向脑部炎症方面的应用——这是多种神经系统疾病恶化的主要因素。实验表明，植入物能在大脑深处实现高精度局部神经调控，靶向精度达到目标区域周围数微米范围。同时，这些生物相容性植入物不会损伤周围神经元。
麻省理工媒体实验室AT&T职业发展副教授、神经生物工程中心负责人、纳米网络生物探索实验室主任德芙琳娜·萨卡尔表示："传统脑植入物通常需要数十万美元医疗费用和高风险手术程序，而循环电子学技术通过消除手术需求，有望使治疗性脑植入惠及所有患者。"本研究今日发表于《自然-生物技术》期刊，萨卡尔担任 senior author，主要作者为麻省理工学院研究生舒巴姆·亚达夫，研究团队还包括来自麻省理工学院、韦尔斯利学院和哈佛大学的其他成员。
混合植入技术
研究团队已持续开发循环电子学技术六年多。这些电子设备尺寸约为米粒长度的十亿分之一，由有机半导体聚合物层夹在金属层之间构成电子异质结构。
设备在MIT.nano设施中采用CMOS兼容工艺制造，随后与活细胞整合形成细胞-电子混合体。研究人员将设备从硅晶圆上剥离，使其悬浮于溶液中。萨卡尔解释道："设备附着在基板上时运行完美，但最初剥离后无法工作。解决该挑战耗费我们一年多时间。"
微型电子设备的关键在于高无线功率转换效率，这使其能在大脑深处运作并获取足够神经调控能量。研究人员通过化学反应将电子设备与细胞结合，在新研究中将设备与靶向身体炎症区域的单核细胞（一种免疫细胞）融合，并应用荧光染料追踪设备穿越完整血脑屏障并自主植入目标脑区的过程。
尽管本研究聚焦脑部炎症，研究团队希望未来采用不同细胞类型并改造细胞以靶向大脑特定区域。萨卡尔表示："我们的细胞-电子混合体将电子设备的多功能性与活细胞的生物运输和生化感应能力相融合。活细胞使电子设备伪装成自身组织，避免免疫系统攻击，使其能无缝穿越血液。这也使设备能在不侵入性打开血脑屏障的情况下穿越该屏障。"
历经约四年，团队尝试多种方法实现自主无创穿越血脑屏障，最终完善了这种细胞整合技术。此外，循环电子学设备的微小尺寸使其精度远超传统电极，能形成数百万个微型刺激位点，精确匹配目标区域形状。其微型化特性也使生物相容设备能与神经元共存而不产生有害影响。通过一系列生物相容性测试，研究人员证实循环电子学可安全整合于神经元间，不影响认知或运动相关的大脑功能。
设备自主植入目标区域后，临床医生或研究人员使用外部发射器提供近红外光形式的电磁波，为技术供电并激活神经元电刺激。
靶向致命疾病
萨卡尔实验室正致力于将该技术扩展至治疗多种疾病，包括脑癌、阿尔茨海默病和慢性疼痛。循环电子学设备的微型化和自主植入能力使其特别适合治疗胶质母细胞瘤等导致多发肿瘤的脑癌——部分肿瘤小到无法通过影像技术识别。该技术还可能为弥漫性内生性桥脑胶质瘤等特别致命的癌症开辟新治疗途径，这种侵袭性肿瘤位于脑干通常无法手术切除。
萨卡尔表示："这是平台型技术，可应用于治疗多种脑部疾病和精神疾病。此外，该技术不仅限于大脑，未来还可扩展至身体其他部位。"研究团队希望通过新成立的初创公司Cahira Technologies在三年内将技术推进至临床试验阶段。
团队还在探索将更多纳米电子电路整合到设备中，以实现传感、基于芯片数据分析的反馈等功能，甚至创造合成电子神经元。萨卡尔强调："我们的微型电子设备与神经元无缝整合，与脑细胞共生共存，创造出独特的脑机共生关系。我们正致力于应用此技术治疗药物或标准疗法失效的神经疾病，以减轻人类痛苦，并展望一个超越疾病和生物局限的未来。"
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