先丰GO亮相Nature子刊,在神经系统治疗上取得重大突破!

发布时间: -

    生物研究领域科学家常用深层大脑刺激(DBS)和功能磁共振成像(fMRI)联合使用的方法,研究大脑网络之间的连接,分析深层大脑刺激治疗各类神经类疾病的机理。传统用于深层大脑刺激的电极通常会造成磁场的严重扭曲,导致电极的伪影遮挡了其周围大面积的部位,从而影响了磁共振成像对大脑的成像和大脑活动的检测效果。

    近日,北京大学段小洁课题组及合作者在MRI兼容神经电极及DBS-fMRI联用揭示DBS对大脑调制效应方面取得重要进展。该课题组研制了一种基于石墨烯纤维的高度兼容MRIDBS刺激电极,在帕金森症大鼠模型上,实现了DBS下整脑范围内完整fMRI脑激活图谱的扫描,发现了DBS治疗帕金森症效果与不同脑区激活的关联关系。这项工作以“Full activation pattern mapping by simultaneous deep brain stimulation and fMRI with graphene fiber electrodes”为题,于2020414日在线发表于学术期刊Nature Communications

    制备石墨烯纤维的原材料是氧化石墨烯(购买自先丰纳米,产品编号XF002-2)。这款产品为粉末状态,研究者将其配置成8 mg mL-1GO水悬浮液,然后用注射器注入两端密封、内径为0.9mm的玻璃管中,在230°C下烘烤2小时。然后用氮气气流从管道中移出石墨烯纤维,并在空气中干燥,最后得到直径为75μm的石墨烯纤维。

 

图1 为石墨烯纤维的表征照片

    临床上常用的DBS电极是铂铱(PtIr),然而在同尺寸情况下,该石墨烯纤维DBS电极电荷注入容量铂铱70倍。在9.4T高场MRI无论是T2权重的功能成像序列还是T2权重的结构成像序列,在电极产生伪影面积大小比较上,石墨烯纤维电极都有比同尺寸PtIr电极小得多,且电极在施加连续大电流脉冲的条件下,石墨烯纤维电极表现出高稳定性。

 

2相同尺寸下石墨烯电极和铂铱电极的成像照片。b,d为石墨烯纤维电极,c,e为铂铱电极

    该课题组利用石墨烯纤维电极,以丘脑底核为刺激靶点的深层大脑刺激,显著提高了帕金森症大鼠的运动能力,减轻了帕金森症导致的运动障碍,为后续DBS对大脑调制方面的工作做出了重要贡献。