עיצוב מכשירים עצביים עם גמישות משופרת

האתגר של ביו-תחרותיות ב-Nural Implants

מכשירים עצביים – החל מאלקטרודות עמוקות במוח ועד למערךי הקלטה טוריות בעלי תפקוד גבוה – ולכן פוטנציאל להפוך לפוטנציאל של טיפול במחלת פרקינסון, באפילפסיה, בפציעות חוט השדרה ובהפרעות נפשיות, אך מכשול מתמשך מגביל את התרגום הקליני שלהם: התגובה של הגוף הזרה, אך חומר לא-ביולוגי מושתל רק לרקמות עצביות, המערכת החיסונית של הגוף מזהה אותה כמשכת בתוך שעות ארוכות, ומפעילה של חומר עצביות, אך לא-דלקת עצבית, אך לא-דלקת עצבית, אך לא-דלקת עצבית, אך לא-דלקת עצבית, אך לא-מוחעת-דלקת עצבית, תוך כדי-מוחית, תוך כדי-דלקת עצבית, אך לא-דלקת עצבית, תוך כדי-דלקת עצבית, תוך כדי-דלקת עצבית, אך אינה מאיצה, תוך כדי-מוחית, תוך כדי-דלקת עצבית, תוך כדי-דלקת עצבית, תוך כדי-דלקת עצבית, תוך כדי הגבלת זמן קצר-דלקת עצבית, תוך כדי הגבלת זמן קצר-מוחית, אך ורק על-מוחית, תוך כדי לחץ-מוחית, תוך כדי-מוחעת-נפשית, תוך כדי-נפשית, תוך כדי-מוחית, אך

חומרים קונבנציונליים כגון פלטינה, קרמיקה שלiridium, וסיליקון מציעים תכונות חשמל מצוינות אבל תאימות מכנית ביולוגית ירודה. נזלת הוא רך (המודולולוים של יאנג - 0.1-10 kPa), בעוד מתכות הן פקודות של נוקשות יותר, יצירת אי התאמה מכנית כי מגבירה את הנזק של רקמות בזמן מיקרו-תזונה.

אסטרטגיות מתקדמות

הידרוגל קוטינגס

(החלים) הם רשתות פולימרים מחוברות למחצה שיכולים להכיל עד 95% מים, מה שהופך אותם מבחינה מכנית וביוכימית לרקמות המוח הטבעיות.על ידי ציפוי אלקטרודות עצביות עם הידרוג'לים המבוססים על פוליאתילן גליקול (PEG), אלג'ינט, או חומצה היאלורונית, החוקרים השיגו הפחתה דרמטית בנפיחות פולשנית (לדוגמה, LTF:0) מדגימה את המוח פחות מ-מחדשה-מחדשה-מחדשה-מחדשנית של 8 שבועות לאחר אימון צלולימחדשני של חומרני של נוזל רדיואקטיבי יותר מ-מחץ:2DR.

פולימרים

(מעקביות) פולימרים (CPs) כגון פולי(3,4-ethylenedioxythiophene) ופוליפיראטול (PPy) משלבים את מוליכות החשמל של מתכות עם גמישות מכנית של חומרים אורגניים: כאשר מופקדים כסרט דק על מיקרו-אלקטרוניקה, CPs להפחית באופן דרמטי את הפחתת האימפולס חשמלי - לעתים קרובות על ידי 2 סדרי משקל של חומרים - על פני השטח האפקטיביים של חומרים אורגניים:

Bioceramic ו-Nanostructured Coatings

ביוceramics כגון titanium דו-חמצני (TiO2), hydroxyapatite, וכוס ביואקטיבית משמשים באופן מסורתי ב- Orthopedic ו- ⁇ שיניים כדי לקדם את ה- osseointegration. עבור יישומים עצביים, סרטים ביו-סמרומיים דקים מספקים מחסום מיקרו-עמידהירגוני, אשר ניתן להפקיד באמצעות שכבת אטומית או אפילציה מסוימת.

תרופות-אלוטינג ו- Enzyme-Modified Coatings

(המחלקה המתעוררת של ציפויים כוללת את שחרור מבוקר של סוכנים טיפוליים - כגון dexamethasone (aחזק corticosteroid), כורכום, או resveratrol - ישירות באתר ההשתלה.על ידי שילוב תרופות אלה לתוך מערכת פולימרית ביו-מריד (למשל, חומצה פולי(lactic-co-glycic) או PL), הציפוי יכול לדכא את הציפוי של דלקת הציפוי של חומרים אלה לאחר ניתוח חומרים כימיים מתקדמים יותר לאחר ניתוחי (דלקת לאחר ניתוח אלקטרו-דלקתיים).

מכניזם של פעולה: כיצד מתקפלים משפרים את יכולת ה-Biocompatibility

שינוי אופטימיזציה של חלבונים ומימוש

עם השתלה, האירוע הראשון הוא המודעות הספונטניות של חלבונים מן נוזל בין-דתי על פני השטח המכשיר.הרכב והתאמה של שכבת חלבון זו קובע תשובות סלולריות לאחר מכן. הידרופיליק, zwitterionic, ו ציפויים מבוססי PEG מתנגדים לתצוגה לא ספציפית של חלבון על ידי יצירת שכבת hydration כי דוחת הידרופוביות ומדידה אינטראקציה מבוססת זה "אפקט סטרילי" למנוע צ'מין מתקדם של חלבונים.

בקרה על מיקרוגליאל והמודרניזציה

מיקרוglia הם השולחים החיסניים העיקריים של מערכת העצבים המרכזית.כאשר הם נתקלים משטח זר, הם משתנים משטח נוקשה, סקר מורפיום למצב מומולאיד, פעיל כי סודה IL-1β, TNF-α, ו מינים חמצן תגובתי (מעכבי חמצון) אשר מעצימים מחדש את הניקוז של רקמות עצביות - כגון הידרוגלים - לחנך את הלחץ המכאני על שבבים, 000 אחוריים).

קידום אנגוגנזה ושילוב נילי

הצלחה למכשיר לטווח ארוך דורשת לא רק צמצום דלקת, אלא גם מעודד את חדירה של כלי דם ונוירטים לתוך הסביבה של אלקטרודה.אסקוליזציה היא קריטית כדי לספק חמצן וחומרים מזינים וכדי לנקות פסולת מטבולית.קאטים שמשחררים גורם קצה vascular Reotial (VEGF) או גורם צמיחה בסיסית fibroblastal (blast Growth factor) יכול לעורר את היווצרות של תאים חדשים סביב תאים משולבים, כמו גם כן, ו-F) , תומך באופן פעיל ⁇ .

בחירת וביצועים מסחריים-Offs

עיצוב ציפוי מתקדם דורש איזון מספר, לעתים קרובות מתחרים, תכונות. מוליכות חשמלית הוא חשוב עבור אלקטרודות עצביות: ציפוי כי להפחית את העיכוב ללא חסימת זרימת יון הוא חיוני. ציפוי הידרוג'ל, בעוד ביו-אי-תואמים, הם insulating חשמלית אלא אם כן טעון עם חנקן חזק מדי (למשל, צינורות פחמן, חלקיקים), פולימרים פולימרים פונקציונליים מציעים אלקטרוכימיה מעולה, אבל ציפויים חשמליים עשוי לספק ציפויים חשמליים מכווץ גבוה מדי.

תאימות מכנית היא גורם מפתח נוסף.הציפוי חייב לדבוק חזק עד למצע הבסיס ללא סדקים או קלף במהלך ההכנסה, אשר יכול לכלול התכה משמעותית וכוחות Shear. Delamination נשאר מצב כישלון מוביל.שכבות דבקות מתקדמות, כגון צפיפות דק או כרום ביניים, או קשר קוהנטי בין ציפוי ו substrate דרך silanization, הראו הבטחה, בנוסף תהליך הציפוי של מחזור הדם המוחי (למשל, שני שבועות דלקת מפרקים כרונית) שלו (דלקתיים) ללא ⁇ ) או דלקת דם חריפה (דלקתיים) על פני דלקתיים).

יישומים קליניים ומחקרי מקרים

עמוק המוח אלקטרודות אלקטרודות

גירוי עמוק במוח (DBS) עבור מחלת פרקינסון וטרמור חיוני מסתמכ על אלקטרודות מושתלים לתוך גרעינים תת-קורטיאלי. האמנה DBS מוביל (למשל, מדטרוניקה 3389) משתמשים במגעים עם בקרת חומצה פוליאורתנית עם ירידה משמעותית של שישה חודשים של צמיגים איטיים.

High-Density Cortical Recording Arrays

בממשקי מחשב במוח (BCIs), "מערך האוטה" (רשת 10×10 של מיקרו-חוטי סיליקון) הוא כלי סטנדרטי.אך מחטי סיליקון הקשיחים גורמים לדלקת כרונית שבסופו של דבר מדגמת איכות.ב 2020, החוקרים הראו כי ציפוי כל המערך עם ננוקומה של PEDOT:PSS ולהפחית את תחמוצת הגרף גדל מספר יחידות יציבות שנרשמו על ידי יותר מ חולדות לפחות שישה חודשים.

המונחים: spaceve Interfaces

לשליטה אסטטית, אלקטרודות או מחסניות ניתן להציב על עצבים היקפיים.כאן, חוסר התאמה מכני מזיק במיוחד כי עצבים מתוחים ו bend במהלך התנועה. מחקר באמצעות אלקטרוייד גמיש cuff אלקטרודה דבק עם הידרוג מבוזר-לייזר נוגד חמצון (כולל ננו חלקיקים) הראה מהירות התנהגות עצבית מוגברת ופיברוזיס מופחתת ב תריסר שבועות של ציפוי עצבי משופר גם עבור ציפויים פונקציונליים.

כיוונים עתידיים: Smart and Responsive Coating

Stimuli-Responsive hydrogels

הגבול הבא הוא ציפויים שיכולים לשנות את התכונות שלהם בזמן אמת על בסיס המדינה הפיזיולוגית המקומית.לדוגמה, הידרוגלס המשלבים קבוצות חומצה פנוירוטונית יכול לעבור נפיחות הפוכה בתגובה לרמות גלוקוז (שימושיות עבור שתלים נוירופתיים סוכרתיים) או pH (חומצה דלקתית או פולימרים דלקתית הרחם) יכול גם לאפשר את הציפוי לשכב במהלך החדר ולאחר מכן להרחיב אולטרסאונד ידידותי, לאחר מכן, עם ציפוי תרופתי או טיפול תרופתי מתמשך, רק עם טיפול תרופתי).

Bioresorbable ו Transient Coatings

יישומים מסוימים, כגון אלקטרודות משטח רציניות זמניות עבור מיפוי, דורשים את המכשיר להימחק לאחר כמה שבועות. ציפוי ביו-דידה המתמוסס בקצב מבוקר, משאיר מאחור שאריות בלתי מזיקות (למשל, מגנזיום, סיליקון, סיליקון, פוליפטרון), יכול לחסל את הצורך בניתוח אלחוטי שני.

שילוב וגישה גבוהה

מכיוון שמרחב הפרמטר לתכנון ציפוי הוא עצום (סוג אפוקליפטי, צפיפות חוצה קישורים, טעינה לסמים, שחרור קינטיקה, פני השטח), למידת מכונה מועסקת כדי לחזות ניסוחים אופטימליים. A-2022 השתמש בספריה משולבת של 96 תערובות פולימר כדי לזהות ציפוי כי בו זמנית מצמצם את הדבקות המיקרוגליבית וממקסימה את ה-neurite Outgrowth, אשר היה אזאומת בספריה ב- vivo נתונים אלה כדי להאיץ את זרימת הנתונים.

מסקנה

ציפויים מתקדמים מייצגים את אחת האסטרטגיות המעשיות וההשפעהיות ביותר לשיפור ביו-זמינות ארוכת הטווח של מכשירים עצביים.על ידי התייחסות לתגובות הביולוגיות הבסיסיות שמובילות לכישלון המכשיר – הפעלת חומרים עכורים, ודלקת כרונית – ציפויים אלה יכולים להרחיב באופן דרמטי את חיי ההשתלות המוחיים של ה-Silatives תוך שיפור איכות האות וצמצום תופעות הלוואי של חיי האדם.

לקריאה נוספת, ראה את חוות הדעת המקיפה של FLT:0 (משנת 2021) על ביו-חומרים עבור ממשקים עצביים (FLT:1) ועל ידי FLT:2Kozai (2020) על ציפוי פולימרי עבור מיקרו-אלקטרוניקה