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生物材料

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导电水凝胶可修复受损的周围神经

Conducting polymer hydrogel

中国的研究人员已经开发出一种可拉伸且导电的水凝胶,他们声称有一天可以用于修复周围的神经-周围的细小组织可以实时将生物电信号从大脑传递到身体的其他部位。水凝胶已经在坐骨神经损伤的大鼠中进行了测试,延长后仍保持导电,当用近红外光照射时其电导率提高。这两个特性意味着它可以用于治疗严重的周围神经损伤,尤其是当缺失的神经长度超过10 mm时。

在过去的几十年中,柔性电子技术取得了突飞猛进的发展,使生物电子材料可用作人造组织。 体内。水凝胶-可以容纳大量水的3D聚合物网络-在结构上与神经组织相似,而将这些材料与活组织连接是当今生物电子学中最重要的主题之一。

修复受伤的周围神经

周围神经受伤-例如,在事故中完全切断了周围神经时-可能导致慢性疼痛,神经系统疾病,瘫痪甚至残疾。但是,这种伤害很难治疗。

自体神经移植是修复受伤的周围神经的主要技术之一。这涉及从身体其他部位切除一部分周围神经,并将其“缝合”到切断的神经末端。但是,这种方法仍存在一些缺点,包括手术并不总是能恢复神经功能,有时还需要进行多次随访。手术后还存在神经痛(神经组织良性生长)的风险。

另一种技术依赖于组织工程来恢复和修复神经元细胞的运动和感觉功能。这种方法利用了可以与“支持”细胞(例如间充质干细胞)一起移植到神经细胞上的天然或合成材料。这种方法的问题在于移植的神经恢复缓慢。

水凝胶传导生物电信号

研究小组–由 沉群东 南京大学 王昌春 南京工学院院士朱泽章 南京大学附属鼓楼医院 –现在已经开发出另一种技术。在他们的工作中,研究人员使用了一种机械坚韧但可拉伸的导电水凝胶,其中含有生物相容性聚合物:聚丙烯酰胺和导电聚苯胺。这些交联的聚合物拥有3D微孔网络,该网络一旦植入,即可使神经细胞进入并粘附,从而帮助恢复丢失的组织。

SEM image

水凝胶传导生物电信号-研究小组通过用这种材料替换蟾蜍受损的坐骨神经并通过其测量信号来证明这一点。他们还将水凝胶植入坐骨神经损伤的大鼠体内。在这些实验中,他们观察到大鼠的神经恢复了其生物电特性(通过术后1至8周的肌电图测量),并且与未经水凝胶治疗的大鼠相比,它们的行走得到了改善。

水凝胶的另一个优点是,当流经它的电流被近红外光照射时,流过它的电流从1.95nA增加到2.3nA,可以深入生物组织。研究人员说,这证明了水凝胶对这种波长的光相对敏感,并且可以通过这种方式增加通过该材料的生物电信号,从而改善神经的传导和恢复。

这还不是全部:机械拉伸时,材料保持导电性,就像生物神经组织一样。这意味着它可以适应运动中的缝合神经组织产生的大应变。

该研究的全部详细信息发表在 ACS纳米.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者