韓国研究チーム、柔軟3D神経インターフェースを開発：リアルタイム脳モニタリングと薬物送達を同時実現

ニューロンの電気活動測定は多くの分野で有用ですが、悪影響を最小限に抑えた耐久性のある神経インターフェース脳チップインプラントの実現は困難でした。今回、韓国の科学者たちが、局所脳活動をリアルタイムで記録するだけでなく、革新的なマイクロ流体チャネルを通じて安定した薬物送達も可能な柔軟多機能神経インターフェースを開発しました。この設計は神経科学と神経医学への幅広い応用が期待されます。

脳内直接計測の課題と解決策

脳波（EEG）による頭皮上からの計測で脳のプロセス、機能、疾患への理解は大きく進みました。しかし、日常生活動作中に神経インターフェースデバイスで脳内から直接信号を取得できれば、神経科学と神経医学は全く新しいレベルに到達できるでしょう。この計画の大きな障壁は、神経インターフェースの実装が極めて困難だということです。

ニューロンと接触する微小電極やコネクタの材料は、体内の厳しい環境に耐えられる柔軟性と耐久性が必要です。これまでの長寿命脳インターフェース開発は、炎症などの生体反応が電極の電気的性能を時間とともに劣化させるため困難でした。しかし、電極が脳と接触する部位に抗炎症薬を局所投与する実用的な方法があればどうでしょうか？

マイクロニードルアレイとマイクロ流体チャネルの融合

研究チームは、ニューロン活動の記録と液体薬物の植込み部位への送達を同時に行える新規多機能脳インターフェースを開発しました。既存の剛性デバイスとは異なり、柔軟な3D構造を採用。マイクロニードルアレイで広範囲の神経信号を収集し、薄い金属導電ラインで外部回路へ伝送します。最も注目すべき点は、複数のポリマー層を戦略的に積層・マイクロマシニングすることで、導電ラインと平行な面にマイクロ流体チャネルを組み込んだことです。これらのチャネルは薬物を含む小さな貯蔵庫と接続され、マイクロニードルに向けて安定した液体流を送れます。

生体実験での検証と将来展望

チームは生きたラットでの脳インターフェース実験と、ニードル周辺組織の薬物濃度分析によりアプローチを検証しました。

耐久性のある多機能脳インターフェースの開発は複数分野に波及します。「我々のデバイスは、麻痺患者が思考でロボットアームや脚を動かす脳機械インターフェースや、電気的・化学的刺激による神経疾患治療に長年間適している可能性があります」と、韓国機械材料研究院のユ・ナ・カン博士は語ります。

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