机械匹配的硅脑植入物减少大脑异物反应

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:07
文章英文标题
Mechanically Matched Silicone Brain Implants Reduce Brain Foreign Body Response
正文
脑植入物越来越多地被用于治疗神经系统疾病。然而,植入物引起的脑异物反应( brain foreign body response,FBR )影响神经电传导,长期可靠性限制了其临床应用。硅种植体(≈180   GPa )与脑组织(≈1 ~ 30   kPa )杨氏模量的不匹配加剧了FBR,导致聚酰亚胺等聚合物(≈1.5 ~ 2.5   GPa )形成柔性种植体。然而,至少两个数量级的刚度失配仍然存在。本研究介绍了1 )由硅树脂(约20 kPa )制成的第一个机械匹配脑植入( MMBI ),2 )新的微加工方法,3 )一种新型的可溶性糖梭可靠植入MMBI。MMBIs采用牺牲型糖模真空辅助成型制备,然后将MMBIs包裹在糖梭中,在大鼠脑内2   min内溶解。对植入MMBIs、聚二甲基硅氧烷( PDMS )种植体和硅种植体的大鼠新皮质植入后3、9周的切片进行免疫组织化学分析,MMBIs与PDMS和硅种植体相比,在组织-种植体界面50   µ m范围内,神经元密度显著升高,FBR显著降低,提示机械匹配于大脑的材料进一步降低FBR,有助于更好的种植体功能和长期可靠性。
文章内容(英文)
Brain implants are increasingly used to treat neurological disorders and diseases. However, the brain foreign body response (FBR) elicited by implants affects neuroelectrical transduction and long‐term reliability limiting their clinical adoption. The mismatch in Young's modulus between silicon implants (≈180 GPa) and brain tissue (≈1–30 kPa) exacerbates the FBR, resulting in the development of flexible implants from polymers such as polyimide (≈1.5–2.5 GPa). However, a stiffness mismatch of at least two orders of magnitude remains. The study introduces 1) the first mechanically matched brain implant (MMBI) made from silicone (≈20 kPa); 2) new microfabrication methods; and 3) a novel dissolvable sugar shuttle to reliably implant MMBIs. MMBIs are fabricated via vacuum‐assisted molding using sacrificial sugar molds and are then encased in sugar shuttles that dissolved within 2 min after insertion into rat brains. Sections of rat neocortex implanted with MMBIs, polydimethylsiloxane (PDMS) implants, and silicon implants are analyzed by immunohistochemistry 3 and 9 weeks post‐implantation. MMBIs result in significantly higher neuronal density and lower FBR within 50 µm of the tissue‐implant interface compared to PDMS and silicon implants, suggesting that materials mechanically matched to brain further minimize the FBR and can contribute to better implant functionality and long‐term reliability.
来源出处
Journal|[J]Advanced Materials TechnologiesVolume 6, Issue 3. 2021.
DOI
https://doi.org/10.1002/ADMT.202000909

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