碳納米管線電極的神經(jīng)界面及磁共振相關(guān)研究.pdf

1、研究背景和目的：各類穩(wěn)定的貴金屬如鉑銥合金制成的電極已經(jīng)廣泛地用于深部腦的刺激或記錄，以研究神經(jīng)系統(tǒng)的功能或治療各類疾病。但金屬電極的電化學(xué)性質(zhì)并不理想，而經(jīng)過化學(xué)修飾或添加涂層的電極大多存在添加材料長期植入后發(fā)生瓦解脫落的問題。此外，在磁共振下的偽影和安全性問題是金屬電極材料無法回避的缺陷。因此臨床上迫切需要一種由生物相容性好的非金屬材料制成的新型電極。碳納米管材料具有電化學(xué)性質(zhì)良好、高強(qiáng)度、高柔韌性的特點(diǎn)。已經(jīng)發(fā)表的研究和前期的實(shí)驗(yàn)

2、結(jié)果表明，碳納米管材料在體內(nèi)和體外試驗(yàn)中均具有較好的神經(jīng)組織相容性，且由于其非金屬特性，幾乎不會(huì)產(chǎn)生磁共振偽影。這些結(jié)果提示碳納米管材料可能是制作腦深部電極的理想材料。
　　 材料和方法：我們將碳納米管線電極或作為對(duì)照的鉑銥合金電極分別植入大鼠和家兔的腦內(nèi)，觀察動(dòng)物的一般狀況，并且采用組織化學(xué)HE染色以及CD68（巨噬細(xì)胞標(biāo)記）、GFAP（星形膠質(zhì)細(xì)胞激活標(biāo)記）和NeuN（神經(jīng)元標(biāo)記）免疫組化染色的方法，在術(shù)后1周、6周和12周

3、分析比較不同電極周圍的神經(jīng)元損傷和炎癥反應(yīng)的程度，研究碳納米管線電極的生物相容性；同時(shí)采用磁共振T1和T2成像比較不同電極在植入后不同時(shí)間段的磁共振影像學(xué)表現(xiàn)。此外還初步嘗試了碳納米管線或鉑銥合金制成的有源電極植入并給予電刺激后的電極電阻、刺激器電壓和動(dòng)物體重變化。
　　 研究結(jié)果：組織化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)碳納米管線電極具有較好的生物相容性。HE染色顯示，和鉑銥合金電極相比，碳納米管線電極植入1周、6周和12周后，電極周圍組織的神經(jīng)細(xì)胞

4、缺失帶顯著較窄，提示較好的神經(jīng)元相容性。免疫組化染色發(fā)現(xiàn)碳納米管線電極周圍CD68陽性的巨噬細(xì)胞數(shù)量顯著少于鉑銥合金電極，而GFAP表達(dá)與鉑銥合金電極類似，NeuN染色的結(jié)果也初步提示碳納米管線電極周圍的神經(jīng)元存活數(shù)量較高，提示碳納米管線電極植入腦組織后引起的急性和慢性炎癥反應(yīng)弱于鉑銥合金電極。電極植入術(shù)后1周和12周的磁共振研究表明：和鉑銥合金電極相比，碳納米管線電極在T1和T2相幾乎不產(chǎn)生磁共振偽影，可以清晰觀察到周圍組織的影像。此

5、外，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，有源電極植入并給予電刺激后碳納米管線或鉑銥合金制成的電極電阻、刺激器電壓和動(dòng)物體重?zé)o明顯差異。
　　 結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說明碳納米管線電極的生物相容性優(yōu)于傳統(tǒng)的鉑銥合金電極，且?guī)缀醪划a(chǎn)生磁共振偽影。我們第一次從在體動(dòng)物植入實(shí)用腦深部電極的水平證實(shí)了，無論是用于監(jiān)測(cè)電極放置位置，還是發(fā)現(xiàn)電極周圍病灶方面，碳納米管線電極都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鉑銥合金電極。碳納米管線材料的電極可能成為一種較理想的應(yīng)用于臨床的中樞神經(jīng)系