纳米大牛、哈佛大学Charles M. Lieber院士，在因与中国合作身陷囹圄后，于近期带领团队接连在科学大刊《Science》、《Nature Biomedical Engineering》上发表重磅成果。
Lieber院士专注于通过纳米级材料、纳米级电子器件与人体组织合成“半机器人组织”（cyborg tissue），他提出的“neural lace”概念——将金属支架植入大脑，启发了马斯克的脑机接口公司Neuralink。
而此次，Lieber院士团队更上一层楼，突破了以往脑机接口元件生物相容性较低，材料较硬的瓶颈。
其团队研发的名为VasES的电子支架，具有与大脑血管类似的结构和生化表面，可以促进神经元向病变部位的迁移，实现脑组织受损后的神经修复和再生。VasES 还内置了电极，能够监控单个神经元水平上的动态。
1、仿血管电子支架，实现脑再生
在成人大脑中，神经干细胞在很大程度上被限制在离散的神经源龛中，因此在遭遇神经退行性疾病等脑神经损伤后，大脑通常无法自发恢复，同时也缺乏能够长期监测脑组织受损情况的微创设备，成为一大医学难题。
为此Lieber院士团队，设计并开发了一种类似血管分支结构的电子支架VasES，其主体结构和脑动脉及静脉相当，分支结构与大脑毛细血管尺寸相当，约微米宽。
为了增强支架的生物相容性，团队在电子支架的聚合物表面通过共价偶联，均匀地修饰上了蛋白信号分子层粘连蛋白，使其具有类血管的生化属性。
这一结构设计和表面特性能够促进新生神经元的迁移，让新生神经元沿着电子支架迁移到受损的脑部区域。
为了跟踪和刺激神经元再生，团队还将 32 个可单独寻址的 20 μm 直径的铂金微电极整合到层粘蛋白包被的支链聚合物支架中，最后把支架立体定向植入到小鼠模型中。
新生神经元沿VasES迁移到切除部位
团队构建的小鼠模型，模拟了中风后局部脑区的大量神经元死亡。在植入支架后，VasES元件诱导了新生神经元迁移，在VasES对齐方向形成了细长的链状细胞聚集体。
在植入后1周开始，受损部位出现了新的电位尖峰，表明新生神经元是自发活跃的。
上述实验表明，VasES能够诱导脑再生，并实现治疗期间的监控，为神经损伤提供了一种有前景的治疗方法。
相关论文以“Laminin-coated electronic scaffolds with vascular topography for tracking and promoting the migration of brain cells after injury”为题，发表在最新一期的《Nature Biomedical Engineering》上。
值得关注的是，这篇文章的通讯一作是来自中国的杨笑博士。
2、"碾压"马斯克，全身接口雏形诞生
我们前面提到，马斯克的脑机接口公司Neuralink曾获得过Lieber院士的启发，近期Neuralink已经获得FDA批准进行人体临床试验，公司正积极招募愿意在头骨上“开孔”，植入脑机接口的志愿者。
虽然有报道显示，目前有数千人表示对当志愿者“超级感兴趣”，但对于更多人来说头顶上“开孔”毕竟还是需要不小的勇气。
Lieber院士团队近期发表在《Science》上的研究，就提出了一种超柔性微血管内（MEV）探针，无需开颅，通过颈部血管就能进入到到大鼠大脑100微米级血管中，并实现长期稳定的电生理信号记录。
血管内植入和MEV探头
这种探针采用网状设计，包含16个不同的记录元件，通过导管经颈内动脉释放。这种探针类似血管支架，能够自发扩张，记录血管壁上的神经元信号。由于极小的尺寸，探针能够到达此前无法进入的<100 µm血管分支，记录大脑中动脉（MCA）和大脑前动脉（ACA）的不同放电模式，二者分别覆盖皮层和嗅球。
研究团队在在植入探针的半球皮层注射了青霉素诱导局部癫痫发作。该探针所有16个通道的同时记录仅在三个相邻通道中识别出尖峰，证明了探针定位和追踪癫痫灶的能力。
电生理信号记录
据了解，在实验中这种探针能进入<100 µm血管分支，但其较小的版本甚至可以到达直径<10µm的毛细血管，通过普通针头就能注射，未来或许能够通过磁引导控制方向，抵达全身，实现全身机器接口，具有庞大的发展潜力。
这篇论文的第一通讯作者同样是来自中国女科学家——张安琪博士。
Charles Lieber是美国五院院士、中国科学院外籍院士，美国哈佛大学化学系前系主任，作为国际纳米技术领域的领军人物，竟然因“隐瞒与中国合作”，2020年被判2年监督释放和5万美元罚金。现在其带领的团队接连发表重磅成果，可以说实现了涅槃重生。
目前，国内脑机接口赛道火热，我们也期待未来国内企业能够实现更多技术突破。
