腦機接口不是夢！新導電水凝膠支架可支持離體腦細胞發育 | GeneOnline News

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腦機介面(Brain-computintfces,BCI)是近幾年的熱話題,除了利用信號控制機器的應用,
BCI還可能改進監測神經系統活動的方式,協助相關疾病新療法的開發。然而金屬對大腦來說並不是太友善的材料,它們不僅堅硬,還無法複製腦細胞正常生長所需的物理環境,因此如何處理電極 (electrodes)也就成為開發BC|裝的主要障礙。

在最新研究中,哈佛大學(Harvard University和麻省理工攀院(MIT)隊開發了一種新型導電水凝膠支架, 不僅模仿腦組織的柔軟多孔狀態,還支援人類神經祖細胞(humanneuralprogenitorcells, NPC),NPC在其中生長、分化為多種不同類型腦細胞。研究人員認為,這種新型支架除了能協助植入式BCI裝置開發,也可以用於體外研究人類神經網路的形成,具有廣泛應用潛力等待探索。

讓導電水凝膠更適合細胞生存

團隊在2021 年首次打造出基水凝的電極,管已具備充足彈性,為了讓電極與大腦組織更為相容,團隊決定進一步嘗試將活腦細胞整合到電極中。為了使導電水凝膠成為細胞更舒適的生存場所,研究人員先改良製造過程讓支架形多孔結構,確保細胞有足夠表面積生長,隨後更設計4種水凝新配方,希望找出更適合神經細胞生長發育的組合。

經過多項測試後團隊發現,在黏彈性(viscoelastic彈性(elastic)軟及堅硬這4種水凝膠新配方中,黏彈性支架上生長的NPG 不僅能形格狀結構路,並在五後分化為多種細胞類型,負責在物理、代謝上支援神經元的星形膠質細胞(astrocyes) 在其中生長時,還會形特有的長突起,並隨著凝膠中導電材料的增加數量明顯增多。

讓神經元軸突上能形成髓鞘

研究人員認為,NPC能在支架內化為多種類型細胞,證實導電水凝膠確實提供了合適的體外生長環境,考量到在大腦的活體模型中,複製神經元軸突上的髓鞘的形成一直都是一挑戰,這項融合了材料科學、生物力學、和組織工程的創新研究代表了一項重大進步。

除了開闢一種新方法來打造有效的電極以及能與腦組織更縫貼合的BCI 裝置,團隊開發的模型還能用加速尋找神經系統疾病的有效療法,團隊計劃持續研究導電水凝膠支架,並進一步探索不同電流刺激如何影響各種細胞類型,希望有朝一日能打造出協助患有神經、生理問題的患者恢復功能的設備·

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