腦機接口不是夢！新導電水凝膠支架可支持離體腦細胞發育

腦機接口（Brain-computer interfaces, BCI）是近幾年的熱門話題，除了利用腦信號控制機器的應用，BCI 還可能改進監測神經系統活動的方式，協助相關疾病新療法的開發。然而金屬對大腦來說並不是太友善的材料，它們不僅堅硬，還無法複製腦細胞正常生長所需的物理環境，因此如何處理電極（electrodes）也就成為開發 BCI 裝置的主要障礙。

在最新研究中，哈佛大學（Harvard University）和麻省理工學院（MIT）團隊開發了一種新型導電水凝膠支架，不僅模仿腦組織的柔軟、多孔狀態，還支持人類神經祖細胞（human neural progenitor cells, NPC）在其中生長、分化為多種不同類型腦細胞。研究人員認為，這種新型支架除了能協助植入式 BCI 裝置開發，也可以用於體外研究人類神經網路的形成，具有廣泛應用潛力等待探索。

讓導電水凝膠更適合細胞生存

團隊在 2021 年首次打造出基於水凝膠的電極，儘管已具備充足彈性，為了讓電極與大腦組織更為相容，團隊決定進一步嘗試將活腦細胞整合到電極中。為了使導電水凝膠成為細胞更舒適的生存場所，研究人員先改良製造過程讓支架形成多孔結構，確保細胞有足夠表面積生長，隨後更設計了 4 種水凝膠新配方，希望找出更適合神經細胞生長發育的組合。

經過多項測試後團隊發現，在黏彈性（viscoelastic）、彈性（elastic）、柔軟及堅硬這 4 種水凝膠新配方中，黏彈性支架上生長的 NPG 不僅能形成格狀結構網路，並在五週後分化為多種細胞類型，負責在物理、代謝上支持神經元的星形膠質細胞（astrocytes）在其中生長時，還會形成特有的長突起，並隨著凝膠中導電材料的增加數量明顯增多。

除此之外，會產生髓鞘（myelin sheath）來隔離神經元軸突（axons）的寡樹突膠細胞（Oligodendrocytes）也存在於支架中，與彈性凝膠相比，黏彈性凝膠上的總髓鞘和髓鞘片段更長，當凝膠中存在更多導電材料時，髓鞘的厚度也會隨之增加。