脑机接口不是梦！新导电水凝胶支架可支持离体脑细胞发育

脑机接口（Brain-computer interfaces, BCI）是近几年的热门话题，除了利用脑信号控制机器的应用，BCI 还可能改进监测神经系统活动的方式，协助相关疾病新疗法的开发。然而金属对大脑来说并不是太友善的材料，它们不仅坚硬，还无法复制脑细胞正常生长所需的物理环境，因此如何处理电极（electrodes）也就成为开发 BCI 装置的主要障碍。

在最新研究中，哈佛大学（Harvard University）和麻省理工学院（MIT）团队开发了一种新型导电水凝胶支架，不仅模仿脑组织的柔软、多孔状态，还支持人类神经祖细胞（human neural progenitor cells, NPC）在其中生长、分化为多种不同类型脑细胞。研究人员认为，这种新型支架除了能协助植入式 BCI 装置开发，也可以用于体外研究人类神经网络的形成，具有广泛应用潜力等待探索。

让导电水凝胶更适合细胞生存

团队在 2021 年首次打造出基于水凝胶的电极，尽管已具备充足弹性，为了让电极与大脑组织更为相容，团队决定进一步尝试将活脑细胞整合到电极中。为了使导电水凝胶成为细胞更舒适的生存场所，研究人员先改良制造过程让支架形成多孔结构，确保细胞有足够表面积生长，随后更设计了 4 种水凝胶新配方，希望找出更适合神经细胞生长发育的组合。

经过多项测试后团队发现，在黏弹性（viscoelastic）、弹性（elastic）、柔软及坚硬这 4 种水凝胶新配方中，黏弹性支架上生长的 NPG 不仅能形成格状结构网络，并在五周后分化为多种细胞类型，负责在物理、代谢上支持神经元的星形胶质细胞（astrocytes）在其中生长时，还会形成特有的长突起，并随着凝胶中导电材料的增加数量明显增多。

除此之外，会产生髓鞘（myelin sheath）来隔离神经元轴突（axons）的寡树突胶细胞（Oligodendrocytes）也存在于支架中，与弹性凝胶相比，黏弹性凝胶上的总髓鞘和髓鞘片段更长，当凝胶中存在更多导电材料时，髓鞘的厚度也会随之增加。