超音波で脳インプラントの生体適合性を高める(Using Ultrasound to Boost Brain Implant Biocompatibility)

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2024-07-09 ピッツバーグ大学

ピッツバーグ大学のバイオエンジニアと医療技術企業の共同研究により、人間の脳活動をより効率的に測定する方法が開発されました。バイオエンジニアリングの高井俊教授らのチームは、埋め込み電極の長期性能を向上させるため、低強度パルス超音波刺激(LIPUS)を用いてグリア細胞の活動を調整し、電極周囲の組織をマッサージすることで、グリア瘢痕の形成を防ぎました。この技術は、脳活動の記録精度を向上させ、脊髄損傷や失明患者の治療に役立つ可能性があります。また、この技術は非侵襲的な超音波を用いた他の応用にも期待されています。

<関連情報>

低強度パルス超音波刺激(LIPUS)が皮質内微小電極植え込み後のミクログリア活性化を調節する Low-intensity pulsed ultrasound stimulation (LIPUS) modulates microglial activation following intracortical microelectrode implantation

Fan Li,Jazlyn Gallego,Natasha N. Tirko,Jenna Greaser,Derek Bashe,Rudra Patel,Eric Shaker,Grace E. Van Valkenburg,Alanoud S. Alsubhi,Steven Wellman,Vanshika Singh,Camila Garcia Padilla,Kyle W. Gheres,John I. Broussard,Roger Bagwell,Maureen Mulvihill & Takashi D. Y. Kozai
Nature Communications  Published:29 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-49709-9

超音波で脳インプラントの生体適合性を高める(Using Ultrasound to Boost Brain Implant Biocompatibility)

Abstract

Microglia are important players in surveillance and repair of the brain. Implanting an electrode into the cortex activates microglia, produces an inflammatory cascade, triggers the foreign body response, and opens the blood-brain barrier. These changes can impede intracortical brain-computer interfaces performance. Using two-photon imaging of implanted microelectrodes, we test the hypothesis that low-intensity pulsed ultrasound stimulation can reduce microglia-mediated neuroinflammation following the implantation of microelectrodes. In the first week of treatment, we found that low-intensity pulsed ultrasound stimulation increased microglia migration speed by 128%, enhanced microglia expansion area by 109%, and a reduction in microglial activation by 17%, indicating improved tissue healing and surveillance. Microglial coverage of the microelectrode was reduced by 50% and astrocytic scarring by 36% resulting in an increase in recording performance at chronic time. The data indicate that low-intensity pulsed ultrasound stimulation helps reduce the foreign body response around chronic intracortical microelectrodes.

医療・健康
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