▷2024/12/23
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本文导读
本文介绍了一种创新的混合小型化神经探针，该探针集成了多项先进技术，旨在实现微创神经干预。探针的设计包括用于药物输送的微流体通道、用于神经传感的微电极以及用于光学治疗的光纤，这些功能组件被巧妙地集成在一个直径小于300微米的微型套管中。这种模块化设计和制造方法，使得探针能够灵活地适应不同的应用需求。
通过体外和体内测试，研究团队验证了该探针能够高效地绕过血脑屏障，将药物精确输送至大脑特定区域。同时，探针上的神经电极能够实现实时的神经活动监测。此外，利用近红外光的特性，该探针在大鼠胶质母细胞瘤模型中展示了其作为光热治疗脑肿瘤平台的潜力。
这种混合小型化神经探针为药物递送和脑部疾病的联合治疗提供了一种新的微创解决方案。
成果题名：A Hybrid Miniaturized Modular Probe for Minimally Invasive Neural Intervention
发表期刊：《Advanced Materials Technologies》
成果介绍
1、混合神经探针的模块化设计和制造
核心设计包括三个关键组件：硼硅酸盐毛细管制备的微流体通道（外径约50μm，内径约30μm）、生物相容性金属制成的神经电极，以及微光纤（包层直径125μm，纤芯直径105μm），后者能够传输220至1040nm波长的光。这种探针的微流体通道利用CED技术实现药物输送，而微光纤则适用于光热疗法和光学神经刺激。通过模块化设计，探针的功能组件可以灵活调整和组合，以适应不同应用。
图1 aT工程化ADSC-Exo的制备和表征
2、神经探针的功能表征
在体外测试中，小型化神经探针展现了其多功能性，成功通过微流体通道输送盐酸阿霉素溶液，并在808nm激光照射下显示出光热效应。同时，Pt/Ir微电极能够准确测量施加在溶液上的电信号，其阻抗适合细胞外电位记录。在模拟脑组织的琼脂糖凝胶中，探针能够有效递送近红外光和液体，染料溶液精确递送到探针尖端周围的焦点体积，实现局部药物递送。输注曲线显示，在不同流速下均无回流和泄漏。荧光信号强度证实了药物通过CED技术有效递送到大脑中的高浓度局灶区域。与手动给药相比，CED技术使药物在探针尖端周围局灶性递送，有效递送的药物量显著增加。
图2 多功能神经探针的表征
3、体内神经感应
在体内研究中，小型化神经探针植入到大鼠海马体中并表现出良好的神经传感能力，能够有效记录局部场电位和尖峰活动。通过PCA分析，在大鼠初级运动皮层成功检测到单个尖峰簇。过量注射水合氯醛后，神经活动被抑制，LFP幅度从700 μV降至220 μV，且频率下降，这些变化在时频功率频谱图中得到体现，验证了探针对神经信号变化的高灵敏度。
图3 体内神经传感
4、多功能神经探针的光热能力
小型化神经探针在脑组织或肿瘤组织中能够有效扩散近红外光（NIR），覆盖广泛区域，这得益于脑内细胞间独特的空间连接，有助于光的散射。实验中，将探针植入大鼠大脑，局部输送光热剂ICG后，不同功率强度的NIR光（808nm）被用来引发光热效应，通过微热电偶测量显示温度迅速升高并在2-3分钟内达到平台期。光热剂显著提高了平台温度，且通过调整NIR光强度可以控制平台温度。此外，模拟的温度分布与实验测量结果高度，证实了探针在光热处理中的有效性。
图4 多功能神经探针的光热效应
5、脑肿瘤的光热治疗
在Wister大鼠原位胶质瘤模型中，研究者通过颅骨微孔植入微型神经探针至肿瘤部位，并经微流控通道输送ICG溶液（0.5 mg/mL，20 μL，流速500 nL/min）。随后，使用集成光纤（808 nm，1.5 W）传输近红外光10分钟进行光热治疗。12小时后处死大鼠并进行组织学染色，结果显示小型化多功能神经探针能有效进行脑肿瘤的光热治疗。
图5 大鼠肿瘤模型中小型化神经探针对脑肿瘤的光热治疗
总
结
本研究成功开发了一种混合小型化模块化（HM2）神经探针，用于微创神经介入手术。体外和体内实验结果表明，该探针能够精确地将药物输送至大脑病灶区域，有效绕过血脑屏障，实现药物的可控和局部递送。同时，探针集成的神经电极能够调节化疗过程。
文章来源：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202401003
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