脑植入物在恢复瘫痪、癫痫和其他神经系统疾病患者的功能方面具有巨大潜力。
然而，凯斯西储大学的一个研究团队发现，植入医疗设备后，细菌可以侵入大脑，导致炎症并降低设备的长期效果。
这项开创性的研究最近发表在《自然通讯》杂志上，该研究为改善脑植入物的长期成功提供了一个新的靶点。
“了解细菌在植入物性能和脑健康中的作用可能会彻底改变这些设备的设计和维护方式。”
杰夫·卡帕多纳，凯斯西储大学创新副校长、唐奈尔研究所生物医学工程教授及克利夫兰路易斯·斯托克斯退伍军人医疗中心高级研究职业科学家
卡帕多纳实验室领导了这项研究，研究了小鼠模型中植入微电极的大脑中的细菌DNA存在情况。
令研究人员惊讶的是，他们在大脑中发现了与肠道相关的细菌。这一发现表明，植入设备导致的血脑屏障破裂可能使微生物进入大脑。
“这是一个颠覆性的发现，”该研究的主要作者乔治·霍弗林说，他当时是卡帕多纳实验室的生物医学工程研究生。“几十年来，该领域一直关注身体对这些植入物的免疫反应，但我们的研究表明，细菌——其中一些来自肠道——也在这些设备周围的炎症中发挥作用。”
在研究中，接受抗生素治疗的小鼠模型减少了细菌污染，植入设备的性能也有所提高——尽管长期使用抗生素被证明是有害的。
这一发现的影响不仅限于设备失效。研究发现的一些细菌与神经疾病有关，包括阿尔茨海默病、帕金森病和中风。
“如果我们没有识别或解决这种植入后果，我们可能会造成比修复更多的伤害，”卡帕多纳说。“这一发现强调了迫切需要开发一种永久性策略，以防止植入设备引起的细菌入侵，而不仅仅是事后管理炎症。我们对这一过程了解得越多，就能更好地设计出安全有效的植入物。”
卡帕多纳表示，他的实验室现在正在扩展研究，检查其他类型的脑植入物（如用于治疗脑积水的脑室分流器）中的细菌。
研究团队还检查了一名植入脑部设备的人类受试者的粪便样本，并发现了类似的结果。
“这一发现强调了理解细菌入侵不仅是一个实验室现象，而且是一个临床相关问题的重要性，”博卢·阿吉博耶说，他是凯斯工程学院和医学院以及克利夫兰退伍军人医疗中心的罗伯特和布伦达·艾肯教授。“通过我们在凯斯西储大学和退伍军人事务部之间的强大转化管道，我们现在正在研究这一发现如何直接贡献于更安全、更有效的神经植入策略。”
该研究得到了美国退伍军人事务部先进平台技术中心、国立卫生研究院、国防部和唐奈尔研究所教授捐赠基金的支持。
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