皮质内微电极（IMEs）在神经科学和脑机接口（BMI）系统中对神经信号采集至关重要，可帮助患有神经系统疾病、瘫痪和截肢的患者。然而，皮质内微电极（IMEs）往往无法长期保持稳定的信号质量，部分原因是插入过程中血管损伤引起的神经炎症。


血小板仿生纳米颗粒（PINs）具有损伤靶向功能，通过结合胶原结合肽（CBP）、冯·维勒布兰德因子结合肽（VBP）和纤维蛋白原模拟肽（FMP），模拟活性血小板的粘附和聚集。系统性给药的PINs可能增强止血作用，并促进皮质内微电极（IMEs）插入引起的血脑屏障（BBB）渗漏的重新封闭，从而减少血液源性蛋白进入脑实质引发的神经炎症。本研究探讨了PINs在减轻植入部位神经炎症方面的潜力。

雄性Sprague Dawley大鼠接受了开颅手术和皮质内微电极（IMEs）植入，随后单次注射Cy5标记的PINs（2 mg/kg）。在植入后0至4天（DPI）的不同时间点处死大鼠，通过活体成像系统（IVIS）和免疫组织化学（IHC）分析生物分布，评估神经炎症、BBB通透性和活性血小板分布。另一组大鼠每周接受PINs、海藻糖缓冲液（TH，稀释对照）或对照纳米颗粒（CP，PEG包被的脂质体）治疗4周，并进行类似的终点分析。


结果表明，PINs在皮质内微电极（IMEs）界面附近的浓度在急性期（0-4 DPI）和重复给药4周后显著升高。在3 DPI时，活性血小板（CD62P）、活化小胶质细胞/巨噬细胞（CD68）和PINs的峰值强度被观察到。免疫球蛋白G（IgG）在植入部位附近的24小时内上调，但随后下降。在4周时，与对照组相比，PINs组表现出更高的活性血小板和PINs强度，以及更低的CD68和IgG水平。PINs有效靶向皮质内微电极（IMEs）-组织界面，并与内源性活化血小板共同作用，从而减少了神经炎症和BBB渗漏标志物。重复给药PINs为未来研究中提高神经记录质量提供了一种有前景的方法。


创新点


1.通过结合CBP、VBP和FMP，PINs模拟了血小板的损伤靶向功能，实现了对皮质内微电极（IMEs）植入部位的特异性靶向。


2.PINs通过促进BBB重新封闭和减少血液源性蛋白渗入，显著降低了皮质内微电极（IMEs）植入引起的神经炎症。


3.通过系统性给药，PINs能够有效到达皮质内微电极（IMEs）植入部位，展示了其在临床中的潜在应用价值。


4.通过4周的重复给药实验，验证了PINs在减少神经炎症和提高神经记录质量方面的长期效果。


对科研工作的启发


1.利用仿生策略设计纳米材料，模拟生物体的自然修复机制，为生物医学应用提供新思路。


2.通过结合靶向肽，开发具有高特异性的纳米药物递送系统。


3.通过减少神经炎症和BBB渗漏，提高皮质内微电极（IMEs）的长期稳定性和信号质量，推动脑机接口技术的发展。


4.结合材料科学、纳米技术和神经科学，开发新型治疗策略，解决临床中的复杂问题。


思路延伸


1.探索PINs在其他神经系统疾病中的应用潜力。


2.在PINs中同时负载抗炎药物或神经营养因子，实现多重治疗效果。


3.开展临床试验，评估PINs在人类患者中的安全性和有效性。


4.将PINs应用于其他植入设备，减少植入引起的炎症反应。


5.深入研究PINs穿透BBB的机制，优化其靶向性和治疗效果。


6.开发对炎症微环境响应的智能纳米颗粒，实现精准药物释放。


7.系统评估PINs的生物相容性和长期毒性，为其临床应用提供数据支持。