面向光遗传学接口的生物相容可降解光纤

随着医疗技术的发展,光电子材料和器件在生物医学领域的应用不断被拓展。在神经科学领域,利用荧光记录神经活动、用光遗传学控制神经活动,已经成为研究神经科学和脑科学的重要手段,具有巨大的医学应用潜力。在实际操作中,人们可以通过光纤将光导入生物体内,从而对神经元实施监测和控制。基于刚性石英玻璃的光纤具有良好的导光性能,但它的生物相容性不佳,会对生物组织(尤其是脑组织)造成损伤。近年来,基于合成高分子、水凝胶、天然材料的导光器件(光纤、光波导等)相继出现,它们具有良好的生物相容性甚至生物可降解性,可以更好地满足生物医学需求。其中,植入式生物可降解器件可以在发挥功能后,在生物体内自动消失,避免器件取出时进行二次手术的风险。

 

近期,清华大学盛兴课题组和管吉松课题组合作,利用聚乳酸(PLLA)等生物可降解高分子材料制作光纤,并将这种可降解光纤植入小鼠脑部,实现荧光记录和光遗传学刺激实验。他们利用简单的热拉伸法制作可降解高分子光纤,制备过程中聚乳酸转变为非晶态,保证光纤材料具有良好的透光性。通过控制提拉速度,光纤的直径被控制在约200微米,便于通过传统的光学系统与外部光源耦合。他们对这种光纤的生物降解过程进行了研究,通过体外降解测试,建立计算模型预测可降解光纤在植入生物组织后导光性能的变化。此外,研究者将这种新型光纤植入小鼠的下丘脑,通过光纤可以接收到体内激发出的绿色荧光;将光纤植入海马区,利用光遗传学诱导小鼠运动加剧。以上的体内测试结果同时可以证明光纤在生物体内的完全降解。生物可降解光纤将为植入式全可降解光电子器件与系统的探究开辟道路,研究人员期待最终将其应用于临床医学中。

相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201700941)上。

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