·未來治療許多與炎癥相關的神經系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、中風后遺癥、神經性疼痛甚至某些腦腫瘤，或許不再需要開顱手術。

帕金森、癲癇、阿爾茨海默病等腦部疾病會造成大腦異常神經元活動，可以通過電刺激來治療。而作為傳統(tǒng)治療手段的電極植入往往需要開顱手術，可能有損傷風險。近日，一項研究展示了一種無創(chuàng)植入微型電極設備的方案：通過靜脈注射，讓微型電極“搭乘”著人體自身的免疫細胞，直達大腦病灶。

該研究于近日發(fā)表在期刊《自然·生物技術》（Nature Biotechnology）上，作者是一支來自麻省理工學院（MIT）媒體實驗室等機構的國際研究團隊，研究得到了中國天橋腦科學研究院等機構的支持。通過在小鼠身上進行的實驗，他們開創(chuàng)性地展示了一種無需手術、可自主靶向植入的腦部電刺激新方法。

無論是治療帕金森病的深部腦刺激（DBS），還是癲癇、抑郁癥等疾病的治療，現(xiàn)有的高效療法大多依賴于植入式電極。這意味著醫(yī)生必須進行開顱手術，將電極植入大腦的特定位置。手術本身伴隨著感染、出血和組織損傷的風險，給患者帶來巨大的生理和心理負擔。

無創(chuàng)植入大腦芯片或能成為現(xiàn)實 網絡圖

而經顱磁刺激非侵入性技術雖然避免了手術，但其空間分辨率卻是一大硬傷，無法實現(xiàn)對神經元的精細調控。如何能將電子設備精準送到大腦深處，同時又避免開刀，一直是神經科學和醫(yī)學領域的一大難題。

為了解決這個問題，研究團隊設計了一套巧妙的生物“快遞”系統(tǒng)，并將該技術平臺命名為“循環(huán)電子學”（Circulatronics）。

首先，他們制造了一種亞細胞尺寸的無線電子設備（SWEDs）。這些設備直徑僅有10微米左右，比人體的一些細胞還要小，因此可以在纖細的血管中自由穿行。它像一個微型太陽能電池板，能通過外部的近紅外光照射來獲取能量，并產生電刺激。近紅外光可以穿透數(shù)厘米厚度的組織，包括頭骨和大腦，從而實現(xiàn)對設備的無線供能。

接下來，他們找到一種名為單核細胞的免疫細胞作為電子設備的“快遞員”。這類細胞是人體的“巡邏兵”，當身體某處出現(xiàn)炎癥時（如阿爾茨海默病、中風、腦腫瘤等多種神經系統(tǒng)疾病中都會出現(xiàn)的腦部炎癥），它們能夠穿過血腦屏障，聚集到發(fā)炎的部位。

研究人員利用了一種叫做“點擊化學”的（Click chemistry）技術，它可以在復雜的生物體系中，將兩個特定的分子模塊快速、牢固地連接起來。研究人員將這些微型設備牢固地附著在單核細胞的表面，創(chuàng)造出一種“細胞-電子”混合體。

為了驗證這一方案的效果，研究人員首先在小鼠大腦的特定區(qū)域（腹外側丘腦核）注射微量物質，誘導了一個局部的炎癥模型，模擬了多種腦部疾病的病理狀態(tài)。隨后，他們將這些“細胞-電子”混合體通過靜脈注射進小鼠體內。

研究發(fā)現(xiàn)，72小時后，這些混合體成功穿過血腦屏障，像被導航一樣，精準地聚集在發(fā)炎的腦區(qū)。而在對照組中，無論是單獨注射微型設備（沒有細胞“快遞員”），還是將混合體注射到沒有炎癥的大腦中，都無法觀察到設備在目標區(qū)域的富集。

當研究人員用一束近紅外光從外部照射小鼠頭部時，聚集在病灶的微型設備被成功“點亮”，并開始釋放微弱的電流。通過檢測神經元活動標志物（c-Fos蛋白）和單細胞電生理記錄，研究證實，這種方法成功實現(xiàn)了對目標區(qū)域周圍神經元的精準刺激，精度高達30微米。

“我們的研究結果表明，通過融合電子設備的功能與活細胞的生物運輸能力，我們能夠實現(xiàn)對大腦的非手術、靶向性神經調控?！弊髡邆兛偨Y道，“這意味著未來治療許多與炎癥相關的神經系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、中風后遺癥、神經性疼痛甚至某些腦腫瘤，或許不再需要開顱手術?！?/p>

這項技術的前景遠不止于此。理論上，通過更換不同類型的“快遞員”細胞（例如靶向腫瘤的CAR-T細胞），未來有望將這種技術應用于身體其他部位的疾病治療。

作者們也提醒，這項技術目前仍處于早期動物實驗階段。研究中使用的細胞-電子混合體的靶向效率仍有提升空間，其長期在體內的安全性和穩(wěn)定性也需要更長時間的觀察和更大規(guī)模的試驗證實。