(資料圖片僅供參考)
神經損傷后，利用仿生原理，制造一種新型半導體纖維器件并植入人體，模擬天然神經功能，恢復“阻斷”的神經通路，實現信號傳導。目前，“人造神經”正走向現實，并有望用于臨床。
5月8日，科技日報記者從東華大學獲悉，該校纖維材料改性國家重點實驗室王剛研究員、朱美芳院士等聯合復旦大學附屬華山醫院手外科蔣蘇副教授等，首次在一維曲面結構表面實現了納米尺度離子異質結的可控構筑，獲得了具有千米級制造潛力的電子—離子雜化半導體纖維器件，可用于周圍神經損傷后遠端神經的持續電刺激，從而延緩遠端肌肉萎縮，為神經損傷后錯過早期治療的患者實現更好的運動功能恢復提供了可能性。相關研究論文日前在線發表于《自然·通訊》。
周圍神經損傷（PNI）是指周圍神經的結構和功能障礙，患者常常表現為損傷神經支配肌肉的肌力下降，以及多種感覺的下降或麻木，更有甚者還會導致多種幾乎不可逆的后遺癥，甚至終身殘疾，給社會和家庭帶來巨大的經濟損失和沉重的生活負擔。
嚴重的周圍神經損傷往往需要精密細致的神經手術治療。但受限于人類的神經再生速度非常緩慢，手術后的神經康復期往往需要1年甚至數年時間。為延緩肌肉的萎縮，同時緩解神經痛，目前臨床上常采用經皮神經電刺激療法。然而這種輔助治療方案往往作用范圍彌散，精確度不高，且強度不能過高，需要在醫生的密切觀測下進行，長時間的使用又會導致神經肌肉的適應，降低康復效果。
“本次研發的電子—離子雜化半導體纖維器件在形態和傳導功能上，都與人類的天然神經更為相近。”論文第一作者、東華大學19級博士研究生邢毅介紹，該器件可以通過離子的單向運輸模擬天然神經的去極化，實現神經沖動的傳導。“其結構特點還允許我們在對其進行各項改進后，通過單纖維器件分別對多個具體的神經分支進行植入式的神經電刺激。由于可以與目標神經直接接觸，因此這種刺激方式會更加有效和精準。”邢毅介紹。
論文通訊作者王剛表示，此次聯合團隊在半導體纖維器件的設計和制備方面均取得了創新性突破。聯合團隊采用“一體化反向電荷接枝（IOCG）”的設計思路，以商業聚合物氫化苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）作為主鏈，在其表面分別化學接枝相反電荷的離子基團，并采用連續多層涂覆的方法，在碳納米管纖維上負載兩種帶相反電荷的聚電解質，實現該器件從納米級到千米級的跨尺度連續化制備。“我們的設計思路使得材料的制備更加簡便。同時商業聚合物SEBS的低成本和材料易得性，也讓該器件未來的產業化、規模化更具潛力和前景。”王剛說。
為進一步探究該器件在周圍神經修復方面的應用潛力，聯合團隊將其與小鼠的坐骨神經進行端側吻合，探究其傳導神經信號的能力。實驗結果表明，其在植入小鼠體內之后，可以有效傳輸神經信號，成功誘導小鼠后肢關節的精細運動，從而延緩其遠端肌肉的萎縮。此外，通過對單纖維器件集成構筑，能夠在毫秒級時間內實現神經信號的單向傳輸。
在動物和細胞層面的實驗僅僅是第一步。邢毅表示，目前電子—離子雜化半導體纖維器件雖然在開發診斷和治療、仿生神經元計算機接口和類腦智能等生物醫學設備方面有很大的應用空間，但距離大規模的臨床應用還有一定距離，植入人體的設備需要嚴格把關，后期還要進行大量的試驗來保障其安全性、可靠性和有效性。“基于該器件的研發理論和實驗基礎，我們相信在對其進行各項優化后能夠實現器件的量產化、規范化，最終將其廣泛應用于各種周圍神經損傷后的神經電刺激治療中，為解決周圍神經損傷后的肌肉萎縮及神經痛問題提供一個可嘗試的新方案。”邢毅說。
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