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【本站讯】近日，绿帽社 神经外科李刚/薛皓教授团队与山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏/仇吉川教授团队携手，多学科交叉合作，提出并构建了一种利用压电纳米刺激器实现对深部脑区进行精准、长效、无线脑深部电刺激（DBS）的神经调控新策略，有效抑制癫痫发作，同时为无线神经调控治疗其他神经系统疾病提供了重要思路。相关成果以“Ultrasound Active Piezoelectric Nanostimulators for Long-Acting Wireless Deep Brain Electric Stimulation to Inhibit Epileptic Seizures”为题，发表于国际材料学顶级期刊《Advanced Materials》（中科院1区Top，五年IF：28.9）。绿帽社 神经外科李刚教授、薛皓教授，山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授、仇吉川教授为共同通讯作者，绿帽社 神经外科唐琪临和晶体材料国家重点实验室博士研究生李德正为论文共同第一作者。

DBS作为成熟并广泛应用的神经调控技术，已在帕金森病、肌张力障碍、难治性癫痫、抑郁症等多种神经系统疾病的临床治疗中显示出确切效果；然而其为有创手术，且传统电极与极其柔软的脑组织存在杨氏模量错配，在长期生理微动作用下可引发界面微损伤与胶质瘢痕形成。另外，植入式脉冲发生器及皮下连接导线带来额外创伤与感染风险，且电池耗尽后需再次手术更换，增加医疗负担与患者痛苦。作为替代方案的无创神经调控技术（如经颅磁刺激、经颅超声刺激等）虽可避免植入，但空间精度与靶向性有限、总体疗效不够确切，且为获得足够效应常需较高功率，因此限制了设备的便携性。压电纳米材料凭借优异的声—电转换能力，结合超声的深部穿透优势，为实现精准、长效的无线DBS提供了新的可能。

本研究构建了以钛酸钡为核心、聚多巴胺为表层的压电纳米刺激器。聚多巴胺外壳提升了颗粒分散性与稳定性，并赋予其对神经元细胞膜的牢固黏附能力。低强度超声作用下，贴附于膜表面的纳米刺激器输出毫伏级脉冲电信号，直接调控电压门控钙通道，引发神经元兴奋与下游环路激活。机制上，刺激可通过“亚阈值时空叠加”实现有效调控：多次短促脉冲在时间与空间上的累积，使得在传统动作电位阈值以下亦可触发神经元活动，从而以更低能量实现高效神经调控。

团队通过立体定向微注射将纳米刺激器植入腹侧被盖区、海马CA1等深部脑区，发现纳米颗粒与神经元膜表面紧密邻接且不被内吞，位置在多轮超声后依旧稳定，随访至少14周未见迁移；植入区周围神经元形态完整，胶质细胞激活较传统DBS金属电极减轻，显示出良好的组织相容性与长期安全性。配合便携式低强度超声换能器，该体系在极低声强（0.45 W/cm²）条件下即可实现对深部脑区的有效电刺激；与既往经颅超声常用更高声强（如1.67~2.6 W/cm²甚至更高）相比，显著降低了能量负担并提升了设备便携化与长期应用的可行性。在进一步研究中，研究团队在光遗传癫痫模型、匹罗卡品诱导的急性癫痫持续状态模型及慢性复发模型中，均证实该无线DBS策略对癫痫发作具有稳定而显著的抑制作用。

本研究将超声的深部穿透优势与电刺激的高效神经调控相结合，通过具神经黏附性的压电纳米刺激器实现对深部脑区精准、长效的无线DBS调控，为难治性癫痫的长期管理提供了兼顾安全性与便携性的全新路径，并为拓展至帕金森病、肌张力障碍、抑郁症等功能环路相关疾病的精准治疗奠定了材料与机制基础，展现出广阔的转化前景。

近年来，李刚/薛皓团队与山东大学多个高水平团队在医工交叉领域持续深耕，在神经疾病相关研究及临床转化方面取得系列原创性成果。本研究得到科技创新2030·“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、泰山学者计划、中国博士后科学基金与山东省博士后创新项目等支持。

相关链接：//advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202420447

【作者：唐琪临 来源：神经外科 责编：李小诗 审核：李鲲】