现年64岁的Lieber教授，美国五院院士、中国科学院外籍院士，美国哈佛大学化学系前系主任，是国际纳米技术领域的领军人物。因隐瞒中国合作，Charles Lieber被判2年监督释放和5万美元罚金。
Charles Lieber 教授
刚发完Science后，再发NatureNBE
在成人大脑中，神经干细胞在很大程度上被限制在空间上离散的神经源龛中，因此在神经退行性疾病或中风，或脑外伤后神经元丢失的区域通常不会自发地重新填充。此外，由于缺乏对受损脑组织的电生理动态进行长期测量的微创设备，了解神经修复过程中的神经活动受到了阻碍。
基于此，哈佛大学Charles M. Lieber院士、Yang Xiao博士和斯坦福大学洪国松助理教授合作展示了将 32 个可单独寻址的铂金微电极整合到层粘蛋白包被的支链聚合物支架中，立体定向注射到小鼠大脑中横跨水凝胶填充的皮质病变和更深区域，在促进神经再生的同时，还能跟踪迁移到病变中的宿主脑细胞。对单细胞活动的长期测量和神经回路分析表明，病变部位的新神经元建立了尖峰活动，并与大脑更深层的神经元建立了功能连接。模仿脑血管地形和表面特性的电子植入物可能有助于刺激和跟踪损伤后神经回路的恢复。相关论文以“Laminin-coated electronic scaffolds with vascular topography for tracking and promoting the migration of brain cells after injury”为题，发表在最新一期的Nature Biomedical Engineering，第一作者为Xiao Yang， Yue Qi。
【实验设计】
本文利用从内源性自我修复过程中获得的启示（图1a），设计并开发了一种类似脉管系统的电子支架（VasES），通过定制其拓扑特征和表面特性，采用脉管系统的特性来促进新生神经元的迁移（图1b）。具体来说，电子支架的拓扑特征被设计为模拟可比较尺寸的血管的分形组织和分支结构（图1c）。作者将 32 个可单独寻址的 20 μm 直径铂电极合并到支架结构中，以实现单个单元电生理记录。
图 1. 类脉管系统电子器件作为脑再生迁移支架的实验设计
为了以明确的方式评估VasES诱导的再生功效，作者设计并实施了脑切除小鼠模型（图1a、b）。VasES通过填充基质胶的切除、剩余皮质和神经源性生态位SVZ立体定位植入，以允许内置传感器跨越切除和宿主脑组织（图1b）。VasES（红色）与番茄凝集素（TL）标记的小鼠大脑脉管系统（洋红色）具有相似的地形特征和尺寸。荧光标记的聚合物材料和VasES的类脉管系统表面功能化的特写图像（图1e，f）证明了VasES表面层粘连蛋白功能化的完全覆盖和均匀涂层。
【再生特性】
鉴于VasES在天然组织中的促再生特性，作者进一步探索它是否可以在皮质切除中指导大脑再生。首先，为了建立基线，作者通过进行对照切除手术来评估新生神经元是否自然迁移到基质胶填充的切除区而不植入VasES。然后，作者通过切除、剩余的皮质和SVZ植入VasES。图2结果强调了VasES作为结构和生物活性3D支架的功能，可促进神经元细胞迁移和组织再生。
图 2. 新生神经元从 SVZ 沿着 VasES 迁移到皮质切除区
【功能活性】
这些令人兴奋的组织学结果显示新生神经元迁移到切除区域，受到这些结果的启发，作者进一步探索了这些神经元是否具有功能活性并形成和/或整合到神经回路中。为此，他们植入了 VasES，使其内置电极分布在皮质切除区、剩余皮质和 SVZ 上（图 3a），这使得能够长期研究这些大脑区域的神经元活动。这些延时电生理学研究和分析表明，功能活跃的新生神经元从植入后约 1 周开始渗入皮质切除区（图3）。与此同时，电生理学数据与组织学数据相结合，表明功能活跃的新生神经元主要有助于沿着 VasES 迁移到皮质切除区。
图 3. 皮质切除中功能活跃的新生神经元的出现
对切除中功能活跃的新生神经元的观察使他们想知道这些新生神经元之间以及与宿主大脑是否形成突触连接和神经回路。作者进一步深入了解这些迁移到切除区的新生神经元是否参与远程或局部神经回路，包括切除区和剩余宿主皮层之间的区域间连接以及切除区内的区域内连接（图4）；观察结果表明，迁移到切除区域的新生神经元参与了假定的远程和局部连接的动态形成和解离。此外，它还表明单个神经元通过单突触和多突触通路相互连接，这提供了网络相互作用的证据，并强调了促再生VasES周围神经回路的突触可塑性。这些发现显示了代表性神经元对的回路连接，促使作者对宿主皮层和切除中记录的 32 个神经元的所有可能组合进行全面的互相关分析，以评估假定的回路相互作用的时空动态。
图 4. 迁移到皮质切除区的神经元参与电路重新布线
【小结】
地形定制和生化功能化三维电子支架VasES可促进内源性新生神经元向切除脑组织的迁移和功能整合，从而实现脑再生。本文展示的VasES在切除的脑组织和宿主脑组织中内置了传感器，这为活性生物电子支架在治疗脑部疾病的同时监测治疗过程中的恢复情况提供了巨大的商机。此外，这项研究还表明，利用固有的神经发生与生物电子学相结合，可以成为中枢神经系统损伤后受损神经回路功能恢复的一种前景广阔的方法。
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
