未來(lái)治療許多與炎癥相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、中風(fēng)后遺癥、神經(jīng)性疼痛甚至某些腦腫瘤，或許不再需要開(kāi)顱手術(shù)。

　　帕金森、癲癇、阿爾茨海默病等腦部疾病會(huì)造成大腦異常神經(jīng)元活動(dòng)，可以通過(guò)電刺激來(lái)治療。而作為傳統(tǒng)治療手段的電極植入往往需要開(kāi)顱手術(shù)，可能有損傷風(fēng)險(xiǎn)。近日，一項(xiàng)研究展示了一種無(wú)創(chuàng)植入微型電極設(shè)備的方案：通過(guò)靜脈注射，讓微型電極“搭乘”著人體自身的免疫細(xì)胞，直達(dá)大腦病灶。

　　該研究于近日發(fā)表在期刊《自然·生物技術(shù)》(Nature Biotechnology)上，作者是一支來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)媒體實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，研究得到了中國(guó)天橋腦科學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)的支持。通過(guò)在小鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，他們開(kāi)創(chuàng)性地展示了一種無(wú)需手術(shù)、可自主靶向植入的腦部電刺激新方法。

　　無(wú)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(jìn)行開(kāi)顱手術(shù)，將電極植入大腦的特定位置。手術(shù)本身伴隨著感染、出血和組織損傷的風(fēng)險(xiǎn)，給患者帶來(lái)巨大的生理和心理負(fù)擔(dān)。

　　而經(jīng)顱磁刺激非侵入性技術(shù)雖然避免了手術(shù)，但其空間分辨率卻是一大硬傷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)元的精細(xì)調(diào)控。如何能將電子設(shè)備精準(zhǔn)送到大腦深處，同時(shí)又避免開(kāi)刀，一直是神經(jīng)科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一大難題。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套巧妙的生物“快遞”系統(tǒng)，并將該技術(shù)平臺(tái)命名為“循環(huán)電子學(xué)”(Circulatronics)。

　　首先，他們制造了一種亞細(xì)胞尺寸的無(wú)線電子設(shè)備(SWEDs)。這些設(shè)備直徑僅有10微米左右，比人體的一些細(xì)胞還要小，因此可以在纖細(xì)的血管中自由穿行。它像一個(gè)微型太陽(yáng)能電池板，能通過(guò)外部的近紅外光照射來(lái)獲取能量，并產(chǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的無(wú)線供能。

　　接下來(lái)，他們找到一種名為單核細(xì)胞的免疫細(xì)胞作為電子設(shè)備的“快遞員”。這類細(xì)胞是人體的“巡邏兵”，當(dāng)身體某處出現(xiàn)炎癥時(shí)(如阿爾茨海默病、中風(fēng)、腦腫瘤等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中都會(huì)出現(xiàn)的腦部炎癥)，它們能夠穿過(guò)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(diǎn)擊化學(xué)”的(Click chemistry)技術(shù)，它可以在復(fù)雜的生物體系中，將兩個(gè)特定的分子模塊快速、牢固地連接起來(lái)。研究人員將這些微型設(shè)備牢固地附著在單核細(xì)胞的表面，創(chuàng)造出一種“細(xì)胞-電子”混合體。

　　為了驗(yàn)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(cè)丘腦核)注射微量物質(zhì)，誘導(dǎo)了一個(gè)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(xì)胞-電子”混合體通過(guò)靜脈注射進(jìn)小鼠體內(nèi)。

　　研究發(fā)現(xiàn)，72小時(shí)后，這些混合體成功穿過(guò)血腦屏障，像被導(dǎo)航一樣，精準(zhǔn)地聚集在發(fā)炎的腦區(qū)。而在對(duì)照組中，無(wú)論是單獨(dú)注射微型設(shè)備(沒(méi)有細(xì)胞“快遞員”)，還是將混合體注射到?jīng)]有炎癥的大腦中，都無(wú)法觀察到設(shè)備在目標(biāo)區(qū)域的富集。

　　當(dāng)研究人員用一束近紅外光從外部照射小鼠頭部時(shí)，聚集在病灶的微型設(shè)備被成功“點(diǎn)亮”，并開(kāi)始釋放微弱的電流。通過(guò)檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)標(biāo)志物(c-Fos蛋白)和單細(xì)胞電生理記錄，研究證實(shí)，這種方法成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)區(qū)域周圍神經(jīng)元的精準(zhǔn)刺激，精度高達(dá)30微米。

　　“我們的研究結(jié)果表明，通過(guò)融合電子設(shè)備的功能與活細(xì)胞的生物運(yùn)輸能力，我們能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大腦的非手術(shù)、靶向性神經(jīng)調(diào)控。”作者們總結(jié)道，“這意味著未來(lái)治療許多與炎癥相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、中風(fēng)后遺癥、神經(jīng)性疼痛甚至某些腦腫瘤，或許不再需要開(kāi)顱手術(shù)?！?/p>

　　這項(xiàng)技術(shù)的前景遠(yuǎn)不止于此。理論上，通過(guò)更換不同類型的“快遞員”細(xì)胞(例如靶向腫瘤的CAR-T細(xì)胞)，未來(lái)有望將這種技術(shù)應(yīng)用于身體其他部位的疾病治療。

　　作者們也提醒，這項(xiàng)技術(shù)目前仍處于早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。研究中使用的細(xì)胞-電子混合體的靶向效率仍有提升空間，其長(zhǎng)期在體內(nèi)的安全性和穩(wěn)定性也需要更長(zhǎng)時(shí)間的觀察和更大規(guī)模的試驗(yàn)證實(shí)。