生物电子植入物在脑部疾病的治疗中具有重要作用，但传统的植入方法需要侵入性手术，这不仅会给患者带来痛苦，还存在感染、组织损伤、心理压力等风险。尽管如此，这些植入物在治疗多种脑部疾病方面已经取得了显著的成效，例如在帕金森病和癫痫等疾病的治疗中，通过脑深部刺激（DBS）技术，患者的生活质量得到了显著改善。然而，现有的脑部植入技术仍存在一些局限性。传统的脑部植入手术需要开颅，这不仅增加了手术风险，还可能导致术后并发症。此外，即使是较为微创的血管内电极植入技术，也需要进行血管内手术，且无法实现亚毫米级的空间靶向精度。因此，开发一种非侵入性的脑部植入技术，既能避免手术风险，又能实现高精度的神经调控，是当前研究的重要方向。

成果简介

近日，麻省理工学院Deblina Sarkar等人成功开发了一种名为“Circulatronics”的非手术式脑部植入技术，通过将电子设备与免疫细胞结合，实现了脑部炎症区域的自主植入和精准神经调控。这种技术利用了免疫细胞的天然趋向性，使其能够携带微型电子设备到达脑部炎症区域，并在那里实现神经调控，无需进行侵入性手术。

图|Circulatronics

亚细胞级自由漂浮无线电子设备

为了使电子设备能够在血管内自由移动并到达脑部，研究团队设计并制造了亚细胞级无线电子设备（SWEDs）。这些设备尺寸极小，能够通过血液循环到达脑部。研究团队采用了有机半导体材料，利用光能进行无线供电，实现了高效的能量转换。实验表明，这些微型设备即使在亚细胞尺寸下（直径小于10微米），仍能产生足够的电能用于神经调控。

 

  图|亚细胞级电子设备的光学远程控制特性

 

 自主植入炎症脑区

自主植入炎症脑区研究团队将SWEDs与单核细胞结合，利用免疫细胞的天然趋向性，使其能够自主地到达脑部炎症区域。通过荧光标记和流式细胞分选技术，研究团队成功制备了细胞—电子混合物，并验证了其在体外和体内的稳定性。实验结果显示，这些混合物能够成功地在脑部炎症区域自主植入，并且在实验动物中表现出良好的生物相容性。。

图|自主植入的无线生物电子设备在大脑中的分布

脑区特异性刺激

研究团队进一步探索了SWEDs在脑区特异性刺激中的应用。通过在体外神经培养中进行的实验，研究团队证明了SWEDs能够可靠地触发神经元的活动。在体内实验中，通过c-Fos免疫组化实验，研究团队观察到了SWEDs激活后神经元活动的显著增加，证实了其在脑区特异性刺激中的有效性。此外，通过单单位记录技术，研究团队还记录了神经元对光刺激的响应，进一步证实了SWEDs在神经调控中的作用。

图|非手术靶向焦点大脑刺激

生物相容性研究

为了评估SWEDs的生物相容性，研究团队进行了体外和体内实验。体外实验表明，SWEDs对单核细胞和神经元的代谢活动没有显著影响。在体内实验中，研究团队观察了SWEDs对动物行为、血液指标和组织形态的影响，结果表明SWEDs具有良好的生物相容性，未引起明显的免疫反应或组织损伤。

 图|生物相容性研究

小结

这项研究开发的非手术式脑部植入技术，通过细胞—电子混合物实现了脑部炎症区域的自主植入和精准神经调控。这种技术不仅避免了传统手术植入的风险，还具有良好的生物相容性和神经调控效果。未来，这种技术有望在多种脑部疾病的治疗中发挥重要作用，为患者提供一种更加安全、有效的治疗选择。

 

参考文献：

Yadav, S., Lee, R.X., Kajale, S.N. et al. A nonsurgical brain implant enabled through a cell–electronics hybrid for focal neuromodulation. Nat Biotechnol (2025).

https://doi.org/10.1038/s41587-025-02809-3