近日，电子信息与电气工程学院刘景全团队、苏跃增团队和上海交通大学附属第六人民医院刘珅主任合作，在植入式MEMS器件的炎症抑制领域取得重要进展，相关成果以“Stimulation of Sympathetic Nerve Using Ultraflexible Cuff Electrodes Inhibits Inflammation Caused by Tendon Rupture”（超薄柔性卡夫电极刺激交感神经抑制肌腱断裂引起的炎症）为题在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上发表。
研究背景
肌腱断裂是一种常见且严重的运动损伤，伴随着炎症因子在伤口处不断积累，最终导致肌腱粘连等并发症，从而不利于运动功能的康复。因此，在肌腱受损的初始阶段，设法抑制炎症因子的聚集显得尤为重要。
临床上抗炎的方法有药理学治疗，如非甾体抗炎药，然而其疗效有限，并伴有心血管和泌尿生殖系统的副作用；组织工程疗法虽然是另一种主流的治疗方式，但存在肌腱再断裂、感染和严重排异反应等问题。近年来，神经电刺激（ES）因其响应快且具备一定特异性等优点，正逐渐成为一种更高效的治疗方式，目前已被应用于：深脑电刺激（DBS）治疗癫痫、抑郁，视觉皮层电刺激治疗失明，耳蜗电刺激治疗听力障碍等。然而，电刺激特定神经治疗受损肌腱的研究却鲜有报道，因此，本团队着力探索柔性MEMS电刺激交感神经抑制受损肌腱周围炎症的可行性，并初步分析其背后涉及的机制。
亮点成果
该研究基于MEMS薄膜工艺设计加工一种含有成对微电极的超薄柔性卡夫电极，通过构建小鼠肌腱粘连模型、利用小鼠腹膜后间隙微创电极植入术，实现电极与交感神经（最大直径约0.2 mm）的超柔顺自贴敷和高效脉冲电刺激、电记录。不同于传统的卡夫电极，该研究采用了超薄微纳加工工艺，使得电极的整体厚度≈3um，无需额外的固定即可实现电极和超细外周神经（<0.2 mm）的紧密包裹，并且未对周围神经和组织造成不可逆损伤。为了提高电极在电刺激、电记录过程中的可靠性和安全性，在微电极表面修饰铂纳米材料，改善其电化学特性，从而有利于器件的长期使用，促进其临床转化。
超柔卡夫电极电刺激交感神经治疗受损肌腱的示意图和器件实物图
动物实验中，团队在小鼠的腰部交感神经节和腿部肌腱组织周围包裹研制的超薄卡夫电极，分别进行电刺激和电记录，结果发现电刺激交感神经时，肌腱周围可以明显记录到与刺激响应的动作电位，且随着刺激电流的加大，响应动作电位也越大，以上实验现象证实刺激的方向性和有效性，为电刺激交感神经作用肌腱组织提供经验数据。
电刺激脉冲电流在上下游神经的传导性和刺激的阈值
随后的染色也说明交感神经节和肌腱周围都存在大量交感神经，从组织学上验证神经通路的完整性。经过对交感神经不同电流强度下的电刺激，分析了受损肌腱组织周围的炎症情况，结果表明电刺激达到一定阈值后，可以使得炎症细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6显著下降，其中0.2mA的电流强度被进一步评估为治疗效果显著且安全的刺激值。与此同时，与交感神经相关的神经递质——去甲肾上腺素在刺激后显著上升，交感神经电信号亦异常活跃，说明更多的神经元被激活，团队通过基因测序初步探究刺激抑制验证的机理，与β2肾上腺素能受体(Adrb2)的调控有关。
电刺激交感神经后肌腱炎症因子的抑制效果
该研究面向临床重要疾病需求，通过集成电路工艺实现微型传感器与刺激器的制备，为疾病治疗提供新的解决方案。据文献报道，这是第一次通过电刺激交感神经的方式来治疗肌腱断裂造成的炎症反应。在未来，将此类器件应用于临床前，需要进行更深入的机理探究，更长久的性能评估，更系统级的封装和集成，以更加可靠、安全、便携的方式治疗肌腱损伤。
研究团队
上海交通大学电院博士生涂柯俊和上海交通大学附属第六人民医院博士生包容为共同第一作者，上海交通大学电院刘景全教授和上海交通大学附属第六人民医院骨科刘珅主任医师为共同通讯作者，该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。
刘景全教授团队长期致力于可穿戴/可植入柔性电子器件、MEMS脑机接口器件等研究（Sci. Adv. 2021、Adv. Mater. 2021、Adv. Funct. Mater. 2023、Small 2019、Microsyst. Nanoeng. 2022和Biosens. Bioelectron. 2020等），并推动其临床转化。
苏跃增研究员团队长期致力于电化学材料及电化学器件等研究（Adv. Mater. 2020、Chem. Commun. 2023、npj Flexible Electron. 2022、Small 2022、Sens. Actuat. B 2020等），并推动其在交叉领域内应用。
论文链接（或点击“阅读原文”）：
https://doi.org/10.1002/adfm.202306666
课题组网页：
http://mems.sjtu.edu.cn/
文稿丨涂柯俊
责任编辑丨张媛
