论文摘要
研究背景和目的：各类稳定的贵金属如铂铱合金制成的电极已经广泛地用于深部脑的刺激或记录,以研究神经系统的功能或治疗各类疾病。但金属电极的电化学性质并不理想,而经过化学修饰或添加涂层的电极大多存在添加材料长期植入后发生瓦解脱落的问题。此外,在磁共振下的伪影和安全性问题是金属电极材料无法回避的缺陷。因此临床上迫切需要一种由生物相容性好的非金属材料制成的新型电极。碳纳米管材料具有电化学性质良好、高强度、高柔韧性的特点。已经发表的研究和前期的实验结果表明,碳纳米管材料在体内和体外试验中均具有较好的神经组织相容性,且由于其非金属特性,几乎不会产生磁共振伪影。这些结果提示碳纳米管材料可能是制作脑深部电极的理想材料。材料和方法：我们将碳纳米管线电极或作为对照的铂铱合金电极分别植入大鼠和家兔的脑内,观察动物的一般状况,并且采用组织化学HE染色以及CD68(巨噬细胞标记)、GFAP(星形胶质细胞激活标记)和NeuN(神经元标记)免疫组化染色的方法,在术后1周、6周和12周分析比较不同电极周围的神经元损伤和炎症反应的程度,研究碳纳米管线电极的生物相容性；同时采用磁共振T1和T2成像比较不同电极在植入后不同时间段的磁共振影像学表现。此外还初步尝试了碳纳米管线或铂铱合金制成的有源电极植入并给予电刺激后的电极电阻、刺激器电压和动物体重变化。研究结果：组织化学研究发现碳纳米管线电极具有较好的生物相容性。HE染色显示,和铂铱合金电极相比,碳纳米管线电极植入1周、6周和12周后,电极周围组织的神经细胞缺失带显著较窄,提示较好的神经元相容性。免疫组化染色发现碳纳米管线电极周围CD68阳性的巨噬细胞数量显著少于铂铱合金电极,而GFAP表达与铂铱合金电极类似,NeuN染色的结果也初步提示碳纳米管线电极周围的神经元存活数量较高,提示碳纳米管线电极植入脑组织后引起的急性和慢性炎症反应弱于铂铱合金电极。电极植入术后1周和12周的磁共振研究表明：和铂铱合金电极相比,碳纳米管线电极在T1和T2相几乎不产生磁共振伪影,可以清晰观察到周围组织的影像。此外,初步实验结果提示,有源电极植入并给予电刺激后碳纳米管线或铂铱合金制成的电极电阻、刺激器电压和动物体重无明显差异。结论：本实验的结果说明碳纳米管线电极的生物相容性优于传统的铂铱合金电极,且几乎不产生磁共振伪影。我们第一次从在体动物植入实用脑深部电极的水平证实了,无论是用于监测电极放置位置,还是发现电极周围病灶方面,碳纳米管线电极都明显优于传统的铂铱合金电极。碳纳米管线材料的电极可能成为一种较理想的应用于临床的中枢神经系统刺激/记录的埋藏电极。