引言
电科学通过选择性调节靶器官附近的周围神经，有望治疗难治性疾病。然而这些神经的小尺寸和脆弱性为简化神经电极的固定和稳定电耦合接口带来了调整。为此，作者使用可注射的生物粘附水凝胶生物电子学为精细周围神经构建了一个强大的神经接口。通过在网络形成过程中掺入多功能分子调节剂，通过微调反应动力学和导电网络内的多尺度相互作用来优化水凝胶的可注射性和电导率。同时在不影响其注射性的情况下实现了水凝胶的机械和电气稳定性。最小的组织损伤以及可注射神经接口的低而稳定的阻抗使雄性大鼠模型的心肌梗死治疗能够进行慢性迷走神经调控。高度稳定、可注射的导电水凝胶生物电子学可用于针对具有挑战性的解剖位置，为未来的精准生物电子医学铺平了道路。
过程
图 1：由 ICAA 水凝胶实现的用于慢性迷走神经刺激的合型袖带电极 （ICAA-C） 的示意图。通过注射 ICAA 水凝胶来构建形状合适的 ICAA-C 神经接口，以填充大型商用袖带电极和细神经之间的间隙。与内径接近用机械缝合线固定的神经的小型商用袖带电极相比，ICAA-C 可实现保形接触、强大的电气集成，而不会集中应力。ICAA-C 可实现对大鼠细迷走神经的长期、可靠、有效、安全的刺激，用于治疗心肌梗死。ICAA 水凝胶由多功能 PEG 网络和多尺度导电网络组成，通过引入单宁酸 （TA） 作为分子调节剂制备，以控制 PEG 网络内点击化学的反应动力学并增强导电网络内的多尺度相互作用。
图 2：CAA 水凝胶的可注射性、稳定性、机械和粘合性能。a 通过引入竞争反应，-SH 和 -Mal 之间的可控反应动力学示意图。b ICAA 水凝胶凝胶凝胶时间的定量分析表明其理想的注射性。c ICAA 水凝胶的代表性拉伸应力-应变曲线。d ICAA 水凝胶的代表性压缩应力-应变曲线。e ICAA 水凝胶拉伸模量的定量分析。f 在 37 °C 的 PBS 缓冲液中 ICAA 水凝胶溶胀率随时间的变化定量分析。g ICAA 水凝胶在 PBS 中浸泡 4 周的照片。比例尺，5 mm. h ICAA 水凝胶在带有 PDA 涂层和坐骨神经的硅胶上的瞬时粘附。i、j 剥离测量中 ICAA 水凝胶-组织界面的代表性载荷-位移曲线。
图 3：ICAA 水凝胶的电化学特性。a 示意图显示了 MXene、PEDOT：PSS （PP） 和 TA 之间的多尺度相互作用。（i）–（iii） TA 与 PEDOT、PSS、MXene 之间的氢键相互作用。（iv） MXene 和 PEDOT 之间的氢键相互作用和 π-π 堆叠。（v） MXene 和 PSS 之间的氢键相互作用。b、c 拉曼光谱和 XPS 光谱比较了 MXene/PP/TA、MXene/PP 和 PP。d MXene/PP/TA、MXene/PP 和 PP 的 AFM 当前图像。比例尺，250 nm。e 与这些导电相混合的 PEG 水凝胶的电导率（n = 5 个独立实验）。f ICAA 水凝胶在 PBS 中浸泡 4 周期间的电导率（n = 5 个独立实验）。g PEG 水凝胶和 ICAA 水凝胶的阻抗。h ICAA 水凝胶在 1 kHz 时的阻抗。i ICAA 水凝胶（蓝色）与金电极（黄色）的 CIC 曲线，具有双相脉冲 。j ICAA 水凝胶的 CIC 在 100,000 次循环中的循环稳定性。k，l ICAA 水凝胶在 37 °C 下 PBS 中 4 周内的阻抗。 m、n CIC 曲线和 ICAA 水凝胶在 PBS 中在 37 °C 下 4 周的稳定性。o ICAA 与其他已报道的可注射导电水凝胶的比较。
图4：ICAA-C 构建的稳定神经接口。a ICAA-C、商业袖带和假手术组植入后 4 周迷走神经的代表性免疫荧光照片。b-d ICAA-C、商业袖带 （300 μm） 和假动物组中神经丝 （NFM） （b） （b）、雪旺细胞 （S-100） （c） 和巨噬细胞 （Iba-1） （d） 的标准化荧光强度，分别在 ICAA-C、商业袖带 （300 μm） 和假动物组 。与商业袖带植入相比，ICAA-C 植入显示出更少的组织损伤和更少的炎症反应。e ICAA-C 和商用袖带电极术后和植入后 4 周在 1 kHz 时的阻抗。ICAA-C 显示出最小的阻抗变化，这与商用袖带电极组不同，后者在植入后表现出 ~9.5 倍的增加。
图5：基于 ICAA-C 的慢性迷走神经刺激可实现有效的 MI 治疗。a Masson 染色显示胶原蛋白沉积（蓝色），超声心动图图像突出显示了收缩期和舒张期肌水平的左心室 （LV） 大小变化。b、c LV 壁厚 和梗死面积 的定量分析。d、e 术后 1 天、2 周和 4 周 LV 的射血分数。f-j 术后 4 周血清肌酸激酶-MB 、N 末端利钠肽 、肾素 、血管紧张素 II 、醛固酮 （ALD） 水平（。k 心脏标志物 （α-肌动蛋白）、连接蛋白 43 （Cx43）、转化生长因子 β 1 （TGF-β1） 和基质金属肽酶 9 （MMP-9） 的免疫荧光和免疫组织化学图像。比例尺，50 μm。l–o Cx43 （l）、心肌细胞大小 （m）、TGF-β1 （n） 和 MMP-9 （o） 的定量分析。
总结
综上所述，团队开发了一种新型的多功能ICAA水凝胶，旨在解决传统袖带电极在脆弱近端细神经的慢性神经调控中遇到的模量失配、几何不相容和界面微运动等问题。通过引入TA作为分子调节剂控制PEG网络中的点击化学反应动力学，团队增强了导电网络的多尺度相互作用，从而提高了水凝胶的可注射性、导电性、界面粘附性及抗溶胀性。此外，ICAA水凝胶显示出比之前报道的可注射导电水凝胶更好的机械和电气耐久性。
更多文章请点击：
中科院纳米能源所李舟/北航刘卓《AM》：可持续监测心脏功能的零偏置胶囊传感器
《nature》:DNA 感应炎症小体导致动脉粥样硬化性中风复发
