1研究背景RESEARCH BACKGROUND

脊髓損傷后，神經(jīng)通路斷裂常導(dǎo)致永久癱瘓，現(xiàn)有治療手段效果有限。但一項(xiàng)新研究為這一困境帶來突破：通過植入含氧化銥薄膜（SIROF）電極的超薄硬膜下裝置，每日施加2Hz低頻電場，竟讓胸椎挫傷的大鼠在12周后恢復(fù)hind limb協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，觸覺敏感度也顯著提升，為脊髓損傷治療開辟了 “無創(chuàng)修復(fù)” 新路徑。

2研究概述RESEARCH OVERVIEW

基于功能化導(dǎo)電聚合物的設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了功能化聚苯胺基時(shí)序黏附水凝膠貼片。它可以實(shí)現(xiàn)心臟的同步機(jī)械生理監(jiān)測和電耦合治療，并牢固附著在心臟表面監(jiān)測心臟的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電活動(dòng)。

該研究開發(fā)了一款超薄硬膜下生物電子植入裝置，通過SIROF電極每日施加低頻電場，在大鼠胸椎挫傷模型中驗(yàn)證了其安全性與療效，解決了傳統(tǒng)電極腐蝕、電場穿透不足的問題。

1.核心材料與制備

研究團(tuán)隊(duì)采用微納制造技術(shù)，打造了基于聚酰亞胺的超薄硬膜下植入裝置：

■ 裝置含2個(gè)直徑200μm的SIROF刺激電極（位于損傷部位兩側(cè)）、2個(gè)備用電極及記錄電極，整體厚度僅4μm，可直接貼合脊髓軟膜表面。SIROF電極通過pseudocapacitive電荷注入（銥元素價(jià)態(tài)變化）傳遞電流，避免產(chǎn)生擴(kuò)散性有毒產(chǎn)物；

■ 硬膜下放置設(shè)計(jì)無需穿透腦膜和腦脊液，電場穿透效率比硬膜外提升13%，僅需5μA電流即可在脊髓內(nèi)形成0.8-1.6mV/mm的治療級(jí)電場，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)裝置的電流需求。

2. 體外驗(yàn)證

研究將大鼠分為三組：

■ 治療組（n=8，損傷 + 每日電場）

■ 對照組（n=10，僅損傷）

■ 無損傷組（n=10）

從術(shù)后第1天開始，治療組每日接受1小時(shí)2Hz雙相電場治療（脈沖寬度250ms），前11天連續(xù)治療，后續(xù)每周5次，持續(xù)12周。

結(jié)果顯示：治療組大鼠雖在術(shù)后1周恢復(fù)較慢（BBB評分低于對照組），但從第4周起反超，12周時(shí)BBB評分達(dá)8.4，100%實(shí)現(xiàn)前后肢協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，而對照組僅20%能達(dá)到該水平；治療組大鼠在術(shù)后1周就表現(xiàn)出更快的后爪退縮反應(yīng)（電子von Frey測試），且在3-12周持續(xù)優(yōu)于對照組，部分時(shí)間點(diǎn)甚至比無損傷組反應(yīng)更快； histological分析顯示，治療組脊髓內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞（IBA1+）和星形膠質(zhì)細(xì)胞（GFAP+）活性與對照組無差異，未引發(fā)神經(jīng)炎癥。

治療組與對照組大鼠后爪退縮潛伏期對比

3.裝備穩(wěn)定性與電場模擬

如下圖所示，為驗(yàn)證裝置長期安全性，研究團(tuán)隊(duì)開展了多組測試：

■ 體外穩(wěn)定性：在模擬腦脊液的PBS溶液中，SIROF電極連續(xù)90小時(shí)施加相同電場后仍保持完整，而傳統(tǒng)鉑電極出現(xiàn)分層溶解；加速老化測試（55℃下18天，相當(dāng)于37℃下62天）也顯示，電極阻抗和電荷注入能力無顯著變化；

■ 電場模擬：通過有限元模型分析不同脊髓尺寸（小、中、大）的電場分布，發(fā)現(xiàn)無論脊髓大小，裝置均能在損傷區(qū)域形成0.6 mV/mm以上的縱向電場，且硬膜下放置比硬膜外電場強(qiáng)度提升13%，確保治療效果。

不同脊髓尺寸下的縱向電場強(qiáng)度分布模擬結(jié)果

3研究意義RESEARCH SIGNIFICANCE

這項(xiàng)研究的突破在于解決了傳統(tǒng)電場治療的核心瓶頸：SIROF電極的特性避免了金屬腐蝕問題，硬膜下設(shè)計(jì)提升了電場穿透效率，且每日1小時(shí)的治療方案在12周內(nèi)未引發(fā)神經(jīng)炎癥，證實(shí)了長期使用的安全性。

更重要的是，該研究首次在慢性脊髓損傷模型中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、感覺功能的雙重恢復(fù)，為臨床轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ) —— 未來通過優(yōu)化電極尺寸、結(jié)合神經(jīng)保護(hù)藥物，有望為人類慢性脊髓損傷患者提供 “門診式” 長期治療方案，讓患者無需手術(shù)更換裝置，僅通過體外調(diào)控即可持續(xù)促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，真正實(shí)現(xiàn)脊髓損傷的 “無創(chuàng)、長效” 治療。

素材來源

參考文獻(xiàn)：Bruce Harland, Lukas Matter, Salvador Lopez, Barbara Fackelmeier, Brittany Hazelgrove, Svenja Meissner, Simon O’Carroll, Brad Raos, Maria Asplund, Darren Svirskis. Daily electric field treatment improves functional outcomes after thoracic contusion spinal cord injury in rats. Nature Communications, 2025

來源：BME康復(fù)工程分會(huì)、腦機(jī)接口社區(qū)

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