米兰·(milan)中国官方-上海医疗器械展会Medtec新技术探秘——植入式超声刺激器实现多巴胺调节

2024-07-03

脑刺激要领常被用在神经医治与科学研究中，最近几年来经颅超声刺激要领逐渐获得人们器重，然而颅骨的存于拦截了超声的流传。植入式压电超声刺激器（ImPULS）具备微米级的刺激器，可以对于深层脑构造举行有用刺激，不仅提供一种更安全的刺激要领外，还有可能成为研究职员相识年夜脑事情道理的主要东西，相干研究结果发表于《Nature Co妹妹unications》期刊上。上海医疗器械展会Medtec对于此举行了转载。

经颅聚焦超声可以于神经构造中实现毫米级分辩率，穿透深度达几厘米，经由过程影响机械感触感染及其他膜联合离子通道来刺激神经元，可以安全评估潜于刺激方针的能力以和可调参数（如频率及声强度）使其成为阿尔茨海默病、癫痫及抑郁症患者神经刺激医治的有益要领。然而，当超声波从人类颅骨外部传输时，碰面临颅骨大声阻抗的显著散射及反射，这可能经由过程骨骼及听觉通路的传导致使方针外刺激，甚至造成创伤性、不成逆的脑毁伤。

植入式装备可以对于年夜脑举行电及化学调治，于医治神经及精力疾病方面已经取患上庞大进展。近来，关在小型化超声神经刺激装配的几份陈诉注解，定向超声能量可以激活造就的神经元及年夜脑切片中的神经元。然而，因为其刚性的外形因素、质料身分或者高功率要求，所提出的装配不合适植入到深部脑中。需要一种不含电化学活性元素的可扩大植入体系来弥补刺激要领的空缺，该植入体系可以或许非遗传地及局部地调治深层皮质下脑区中的神经元。

本研究设计了一莳植入式压电超声刺激器（ImPULS ）,它可以将声能直接切确地通报到年夜脑深层区域的神经元群，并经由过程体外/体内刺激试验证实了ImPULS 是一种有用的神经调治东西。

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ImPULS布局

植入式压电超声刺激器（ImPULS）是一种柔性压电微机械超声换能器（pMUT），采用转印工艺使用耐用聚合物绝缘的生物相容性压电陶瓷制造，此中，SU-8作为基板、封装层及违衬层，KNN作为压电层，铬/金及铂别离用作顶部及底部电极，以和铬/金作为金属互连线。选择KNN作为无铅压电层的缘故原由于在其较高的压电系数及耐用性，以和生物相容性、无毒性及贸易可用性。终极的装配采用柔性ACF电缆及PCB板组装而成。

ImPULS布局

（图片来自论文）

体外海马神经元刺激

利用双光子成像技能评估ImPULS刺激冠状海马切片中康健神经元的能力，利用海马神经元表达基因编码的钙唆使剂 GCaMP7F反映超声刺激时期的神经勾当。刺激方针为齿状回中神经元，于60秒的基线期后，利用正弦脉冲刺激神经元50 秒，刺激竣事后，再捕捉60秒的群体勾当。于超声刺激时期，视线中的几个神经元被激活，成果证明ImPULS可以激活局部海马神经元。

刺激麻醉小鼠的CA1区可引诱cFos表达

为了测试ImPULS于小鼠体内激活细胞群的效劳，ImPULS被植入定位到小鼠的海马布局的违侧CA1 (dCA1) 层，并量化dCA1中cFos的相对于程度。与无刺激（比照）组比拟，所有刺激参数的成果中勾当依靠性基因 cFos 的平均程度有所增长，这注解ImPULS足以激活小鼠海马 dCA1 层中的年夜量细胞。除了此以外，成果还有注解ImPULS刺激足以于慢性植入后激发神经元激活，申明ImPULS装备于更持久的时间标准上具备功效可行性。

对于麻醉小鼠的dCA1举行强刺激

（图片来自论文）

刺激黑质密质可调治多巴胺开释

为了测试ImPULS刺激对于体内神经通报功效调治的效用，该研究测验考试经由过程对于黑质纹状体（SNc）举行 ImPULS 刺激来调治黑质纹状体多巴胺（DA）开释。成果注解，与刺激前基线比拟，SNc刺激时期的DA AUC显著增长，此外，SNc刺激时期的DA AUC显著高在比照组刺激，而SNc及比照组刺激时期的基线AUC没有显著差异。综上所述，ImPULS以空间局部的方式激发黑质纹状体DA开释。于4只小鼠中，于不异参数下，mPULS介导的SNc刺激1.5s后，DA2m荧光平均分数增长，注解较短期的刺激足以引诱DA开释。这些数据注解，空间定位的脑深部超声刺激可以或许调治体内的神经通报，甚至可以经由过程长间隔投射。

刺激麻醉小鼠黑质纹状体开释多巴胺

（图片来自论文）

上海医疗器械展会Medtec认为该研究设计了一种微米级的可植入超声刺激器，它可以或许于体外引起海马中的神经元高兴，于麻醉小鼠的海马细胞中引诱勾当依靠性基因表达，并调治SNc中的多巴胺神经元以引起纹状体多巴胺开释的切确时间。经由过程联合利用ImPULS的定向刺激能力及差别的声学参数，这类植入式超声刺激装配可以成长成为一种多功效东西，既可用在基础体系神经科学研究，也可用在潜于的医治运用。

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