《自然》：中国团队研发出可注射、可降解的大脑监测凝胶

环

Nature Portfolio2024年06月18日约 4 分钟

研究人员已尝试过用可溶解的传感器监测大鼠大脑。来源：PRILL Mediendesign/Alamy

这种湿软的传感器可用于监测脑肿瘤或损伤，最后还能自然降解。

来源 | 自然系列（id: nature-portfolio）

原文作者 | Gemma Conroy

研究人员发明了一种可生物降解的无线传感器，可在头部损伤或癌症治疗后监测颅内变化，无需侵入性手术。注射到大鼠和猪的颅骨下方后，这个柔性传感器的表现与传统有线传感器基本相当。

这种基于凝胶的传感器能测量关键的健康指标，如温度、pH和压强。中国武汉华中科技大学的生物医学工程师杨月莹说：“这项技术很有可能在医疗场景下用于人体。”研究结果近日在《自然》发表[1]。

“这是一项非常全面的研究。”美国犹他大学研发植入式微装置的Christopher Reiche说道。

探测大脑

多年来，科学家一直在研发能植入颅内的脑传感器。但这些装置中许多都要借助电线将数据传输给临床医生。这些线无论是插入还是取出都很难，会在皮肤上制造开口，让病毒和细菌趁虚而入。无线传感器能解决这个问题，但也存在传输范围有限和尺寸较大的限制。开发出能连接并监测大脑的传感器“难度极大”，悉尼大学从事神经技术的生物医学工程师Omid Kavehei说。

为了克服这些挑战，杨月莹和她的同事用水凝胶制作了一组2立方毫米的传感器，这种水凝胶是一种柔性材质，常用于组织再生和药物递送。这些凝胶传感器能在不同温度、压强和pH条件下改变形状，并对大脑血流变化引发的振动做出反应。当这些传感器被植入颅骨下方并用超声探针（用于给人脑成像的临床工具）扫描时，这些变化能以穿过颅骨的超声波的形式被探测到。这些水凝胶微立方体在盐溶液中能在四个月左右完全溶解，在5周后开始在大脑内降解。

冷热交替

研究团队在细胞培养物中证实了该凝胶无害无毒。随后，他们用穿刺针在大鼠颅骨下方5毫米处注射了这个凝胶，再在大鼠头部贴上超声探针。为了对比，他们还植入了目前用于临床的有线传感器来追踪脑内变化。

为了测试这些凝胶的效果，团队首先挤压大鼠腹部，这能增加流向大脑的脑脊液和血液，并使颅内压强升高。这个能探测压强的传感器捕捉这种变化的准确度略高于传统装置。它还能记录到脑损伤大鼠颅内的压强飙升。当团队将加热毯或冰袋靠近大鼠头部时，这个温度传感器能记录到这些变化，其表现几乎和有线的温度探针一模一样。

该凝胶注射到大脑后的表现能稳定持续一个月，随后便开始降解。这些大鼠在传感器开始降解时没有出现任何不良反应。能追踪压强、温度和pH变化的能力或适用于诊断和监测脑损伤，该研究共同作者、华中科技大学生物医学工程师唐瀚川说。他还表示，这种凝胶还可以在肿瘤切除后植入，观察是否有癌症复发的迹象。

呼吸

研究团队将这些传感器植入猪的大脑后发现，它们的灵敏度很高，可以捕捉到猪在呼吸时引起的微弱的压强变化——这是有线探针无法监测到的。

尽管结果很惊艳，但仍需开展更多研究来评估这些传感器是否在人体内也是安全的，汉诺威大学开发水凝胶生物医学传感器的Julia Körner说，现在的主要问题是，传感器降解时的副产物是否有害，以及是否会在体内其他部位累积。

唐瀚川说他们将继续研究该系统的安全性。他们还计划对其进行微调，使其能保持更长时间的稳定表现，并探索规模化生产的前景。

参考文献：

1.Tang, H. et al. Nature 630, 84–90 (2024).

原文以This injectable gel can help to diagnose brain injury — then it disappears标题发表在2024年6月5日《自然》的新闻版块上

© nature

Doi: 10.1038/d41586-024-01673-6

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本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件[email protected]。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。

本文转载自公众号“自然系列”（ID：nature-porfolio）

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