可降解神经接口：开启神经损伤诊疗新时代，精准追踪恢复、狙击神经瘤

为解决传统神经损伤监测与修复难题，北京航空航天大学等单位研究人员开展可降解修复性外周神经接口研究。结果显示该接口能追踪神经恢复、早检神经瘤。推荐阅读，助您了解神经损伤诊疗前沿突破。

　　

在医学领域，周围神经损伤是一个相当常见的临床问题。据统计，每年每 10 万人中就有 13 - 23 人会遭遇周围神经损伤。其中，严重创伤性神经损伤的修复更是一大难题，治疗效果往往不尽如人意。要是治疗不及时或不恰当，患者可能会落下永久性的运动、感觉以及自主神经功能障碍。比如，在神经横断损伤（像严重受伤或截肢这类情况）后，神经组织会异常生长，杂乱无章地形成创伤性神经瘤，进而引发慢性疼痛。有数据显示，上肢创伤性神经损伤的患者中，多达 36.5% 的人会出现慢性神经性疼痛。而且，对于截肢患者来说，神经瘤的形成会让假肢安装变得困难重重，严重影响他们的生活质量。

早期诊断和修复对于改善治疗效果至关重要，它能为及时干预提供关键的生理和病理信息，有助于促进神经功能的恢复。然而，传统的诊断方法，像体格检查、影像学检查以及术中电生理测试等，在实现连续、远程监测方面困难重重。虽然植入式外周神经接口能直接接触神经纤维，进行精确的检测和调节，但传统的不可降解设计在神经损伤康复过程中存在诸多局限，后续往往需要通过手术取出设备，这不仅增加了感染风险，还可能对神经组织造成二次伤害。

为了解决这些棘手的问题，北京航空航天大学等单位的研究人员在《Nature Communications》期刊上发表了一篇名为 “A biodegradable and restorative peripheral neural interface for the interrogation of neuropathic injuries” 的论文。他们研发出了一种可生物降解且具有修复功能的外周神经接口（Bio - Restor），这种接口不仅能促进神经再生，还能在神经损伤后的关键早期阶段进行实时电信号记录，实现对神经恢复状态的远程监测和创伤性神经瘤的早期检测，对提高神经损伤治疗效果意义重大。

在这项研究中，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是材料制备技术，他们精心制作了由多种可生物降解材料组成的神经接口，像聚（L - 乳酸）和聚（三亚甲基碳酸酯）的共聚物（PLLA - PTMC）、镁（Mg）和铁锰合金（FeMn）等 。其次，通过微加工技术制造出了具有特定结构的电极阵列和原电池。另外，还运用了机器学习技术，对记录的电信号进行深入分析，以此来评估神经恢复状态和识别神经瘤 。

下面来看看具体的研究结果。

材料策略和设备制造

研究人员设计的 Bio - Restor 结构精妙（见图 1）。它包含一个 7 通道的电极阵列，用于信号记录；还有一个原电池，能为组织修复提供电信号。电极由钼（Mo）薄膜和高度掺杂的 N 型单晶硅（Si）膜构成，这种双层结构能保证良好的导电性和足够的使用寿命。原电池则由镁（Mg）和铁锰合金（FeMn）电极组成，能促进神经再生。此外，还添加了一层可生物降解的形状记忆聚合物（SMP），它在体温下能自动围绕神经卷曲，方便设备植入。实验显示，Mo/Si 电极的阻抗与传统金电极相当，在 37℃的 PBS 溶液中浸泡 5 周内，阻抗稳定性良好 。整个设备的降解特性也符合预期，聚合物基底材料大约 20 天就能通过水解几乎完全降解。

可生物降解神经接口用于追踪神经恢复

研究人员将无线生物电位记录器与 Bio - Restor 集成，实现了信号的放大、数字化和无线传输。他们在大鼠坐骨神经上制造了 10mm 的神经缺损，并植入 Bio - Restor 进行实验。通过对比 Bio - Restor 组和 Bio - Neuro 组（无原电池的可生物降解神经接口）发现，Bio - Restor 组中再生轴突的前端在第 3 周时到达了电极 7 附近，且所有电极通道都能记录到信号；而 Bio - Neuro 组中再生轴突前端仅到达电极 5 附近，只有 4 个通道能记录到明显幅度的信号。这表明 Bio - Restor 组的轴突生长恢复更快，这得益于其集成原电池提供的电信号。

借助机器学习方法，研究人员对大鼠在跑步机上行走时记录的电信号进行分析，并与步态参数建立关联。结果发现，Bio - Restor 组在第 3 周时，踝关节角度明显更大，摆动时间更短，坐骨神经功能指数（SFI）更高，这意味着其运动功能恢复得更好。而且，通过卷积神经网络（CNN）对电信号进行分析，能有效识别摆动相和支撑相，预测摆动时间，从而实现对神经恢复状态的评估 。

可生物降解神经接口用于早期检测神经瘤

神经瘤常伴随严重神经损伤和截肢出现，传统诊断方法难以实现实时、远程监测，不利于早期诊断。研究人员在大鼠坐骨神经上制造神经缺损，让远端神经残端形成神经瘤，利用 Bio - Restor 进行监测。结果发现，在神经损伤后 2 周，就能观察到神经组织肿大，免疫荧光染色显示轴突生长紊乱，证实了神经瘤的形成。而 Bio - Restor 能在第 2 周和第 3 周检测到明显不同的电信号模式，实现早期神经瘤检测。

具体来说，有神经瘤存在时，诱发的神经信号幅度会显著降低，且神经瘤越大，幅度下降越明显。在跑步机行走时记录的电信号显示，神经瘤形成会导致高频带（约 15 - 50Hz）相对能量下降。通过机器学习分析（CNN），对第 2 周神经瘤形成的识别准确率可达 94%（基于诱发刺激信号）和 93%（基于跑步机行走信号） ，对第 3 周神经瘤的识别准确率也很高。这充分说明 Bio - Restor 能为神经瘤的早期诊断提供关键信息。

神经接口的生物降解

Bio - Restor 的一大重要特性就是可生物降解。植入体内后，其活性成分 Mo/Si 电极和原电池在 7 周后大部分降解，剩余的聚合物基底则在更长时间内通过水解降解。在降解过程中，记录的电信号在第 2 周和第 3 周保持稳定，为监测神经损伤关键阶段提供了足够的时间窗口，第 5 周信号开始衰减，第 7 周完全失去记录能力。对植入设备的大鼠进行血液生化分析和重要器官组织学检查发现，与对照组相比，没有出现生理异常和明显的不良反应，这表明 Bio - Restor 具有良好的生物相容性 。

综合来看，这项研究成果意义非凡。研究人员成功开发的可生物降解且具有修复功能的外周神经接口 Bio - Restor，为神经损伤的研究和治疗开辟了新的道路。它既能支持神经再生，又能实时记录电信号，实现对神经恢复状态的远程监测和神经瘤的早期检测，大大提高了治疗效果。而且，该神经接口由可生物降解材料制成，避免了二次手术取出设备的风险，减少了对神经组织的损伤。

从更广泛的角度看，这项研究为创伤后神经损伤或神经疾病的电活动研究提供了重要的参考，有助于优化治疗方案，提高患者的生活质量。不过，研究也存在一些有待改进的地方，比如需要进一步优化电极和封装材料，精确控制降解速率；完善机器学习算法，提高对信号的分析能力等。但无论如何，这项研究都为未来神经损伤治疗领域的发展奠定了坚实的基础，让人们看到了攻克这一医学难题的新希望。