生物可降解植入物有助于监测大脑化学物质

据一个国际研究小组称，一种无线的、可生物降解的传感器可以为医生提供一种监测大脑化学变化的方法，而不需要第二次手术来移除植入物。

在对小鼠进行的微创手术中，研究人员将一个无线的、可生物降解的设备插入小鼠的大脑深部区域。该设备收集了多巴胺(一种重要的神经递质)水平的数据，以及大脑的其他属性，如pH值、温度和电生理，然后无害地溶解回体内。

由于多巴胺在许多神经相关的疾病中至关重要，一种生物可降解的传感器可以检测神经递质，医生可以使用它进行一系列的治疗和手术。

“多巴胺的直接测量非常重要，因为神经递质在许多神经相关疾病中发挥着重要作用，”拉里·程说，工程学多萝西·奎格尔教授和计算与数据科学研究所．“我认为过去人们一直在关注很多其他参数，比如温度、发烧或出汗等。当我们没有直接测量时，这些相关参数非常有用，但如果我们可以在目标位置实时直接测量这种神经递质，那肯定会更直接，甚至更有帮助，因为根据这些其他参数推断信息有时非常具有挑战性。”

硅基植入物包括一种称为二维过渡金属二卤属化合物(TMDCs)的半导体，它被认为是一种越来越多地用于纳米电子学和纳米光子学应用的新兴材料。这些原子薄的TMDCs可以被操纵，这使得科学家们能够设计出可生物降解的植入物，同时保持电学和电化学性能。

Cheng说，为了使其可植入，所有这些设备必须装入一个大约13或14毫米长的探针中。一般剂量的阿司匹林直径约为14毫米。

“这确实适用于整个设备，但是，如果我们谈论的是传感器本身，它甚至更小，”程说，他也是材料研究所．

然后，研究小组通过将探针插入老鼠大脑的基底神经节来测试该设备。

Cheng说，在临床环境中，患者可以戴上头带或其他类型的设备，将植入物的信号传递到设备上，医务人员可以使用这些设备来监测患者的状况。

根据研究人员的说法，生物可降解装置的主要好处是它不需要进一步的手术来移除装置，这增加了恢复的风险。

程说:“目前，在完全恢复后，必须将设备取出，否则里面就会有我们不需要的东西。”“这就是为什么在这里，这种设备被设计成可生物降解的，在一段时间后，在它完成它的功能后，它可以安全溶解。因此，患者不需要进行第二次手术来移除该设备。

Cheng表示，制造这种设备所需的化学物质、材料和设计的数量之多，都需要先进的计算技术。他补充说，计算机被用来模拟不同的化学物质和生物工程方案，以找到理想的材料和设计来检测和测量目标分子，在这种情况下，多巴胺。

Cheng说:“我们必须引入材料来模拟二维材料和多巴胺，然后你必须确保它们是稳定的。”“所以，我们必须优化初始结构，然后进一步研究稳定物质和多巴胺之间的相互作用。”

最终，该团队希望该设备将用于帮助人类患者，但他们预计，从事动物研究的医生可能会迫切需要它。

Cheng说:“一些潜在的治疗方案可能首先在动物研究中可用，植入物可以帮助科学家初步评估疾病的进展情况，患者如何从治疗中恢复，以及治疗的有效性。”“因此，这种植入物在动物模型中使用非常有帮助，可以更好地研究这些问题。”

Cheng说，未来的工作可能旨在创造一种传感器，监测大脑化学的其他方面，而不仅仅是多巴胺检测。

参考:杨三生，沈建华，赵虎，等。生物可吸收无线神经化学系统中硅纳米膜与二维材料的异质集成。阿德母亲．2022:2108203。doi:10.1002 / adma.202108203

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