Nat Biomed Eng | 首都医科大学贾旺/李德岭等在术中实时监测听力技术研发领域取得重大突破

在显微神经外科手术中，通过持续的术中神经解剖识别来维持神经的结构和功能完整性是至关重要的。

2023年8月3日，首都医科大学贾旺、李德岭及斯坦福大学鲍哲南共同通讯在Nature Biomedical Engineering（IF=28）在线发表题为“Soft and stretchable organic bioelectronics for continuous intraoperative neurophysiological monitoring during microsurgery”的研究论文，该研究报告了一种利用柔软和可拉伸的有机电子材料进行术中连续神经生理监测的可翻译系统的发展。

该系统使用低阻抗低模量的导电聚合物电极，在显微手术过程中连续记录近场动作电位，与手持式临床探针相比，在术中神经生理监测中具有更高的信噪比和更低的侵入性，并且可以复用，允许在没有解剖标志的情况下精确定位目标神经。与商用金属电极相比，神经生理监测系统可以提高大鼠肿瘤切除术后的术后预后。在显微手术过程中连续记录近场动作电位可以在整个手术过程中精确识别神经解剖结构。

神经系统肿瘤是影响神经系统的最常见的肿瘤类型，具有很高的发病率和死亡率。2021年，美国约有8.5万名患者被诊断为原发性恶性脑和其他中枢神经系统肿瘤，约22%的患者死于该疾病。目前，神经系统肿瘤最有效的治疗方法是手术切除肿瘤。然而，由于肿瘤病变通常与脆弱神经结构的显着破坏有关，即使经过细致的外科手术，术后并发症（如神经麻痹、肌萎缩和感觉障碍）仍然是严重的问题。为了保持肿瘤切除后神经的结构和功能的完整性，在整个显微手术过程中进行持续的术中神经生理监测(CINM)是必不可少的。

到目前为止，临床使用的CINM技术主要依赖于远场电位，包括脑电图和脑干听觉诱发电位(BAEP) 。然而，这些远场信号通常很弱，需要长时间的采集和求和才能达到可识别的信噪比。因此，远场电位记录本身不足以提供高质量的实时生理监测。此外，许多荷瘤患者术前已经有相当多的神经系统症状，这进一步降低了源神经信号。此外，远场电位波形对环境变化也很敏感，例如低温或低碳，这使得传统的神经监测方法更具挑战性。

另一方面，直接从目标神经诱发的近场电位会提供更高振幅的瞬时反馈(通常比远场信号高>20倍)。早期发现异常信号可以及时处理，防止神经通路的不可逆损伤。原则上，神经外科手术期间连续监测近场电位将是评估神经功能和改善预后的理想方法。然而，在实践中，在整个手术过程中进行稳定和高质量的监测是极具挑战性的。这是因为高度复杂和脆弱的神经网络要求神经接口电极同时具有多通道和高机械顺应性。

软PEDOT电极相对于传统手持式探针在术中神经生理监测中的优势（图源自Nature Biomedical Engineering ）

由于其高硬度和体积庞大，临床使用的不锈钢球点电极与脆弱组织的机械相容性有限，在探针运动过程中可能造成不可修复的损伤。此外，这些手持式电极在手术过程中只能间歇性使用，因此不适合连续监测。尽管已经尝试了一些基于细金属线的开发，现有的探针都无法在常规神经外科操作期间保持稳定可靠的记录，因为它们不可避免地会受到拉扯、移位和弯曲运动的影响。

该研究通过开发一种临床可部署的基于软和低阻抗导电聚合物的生物电子设备，作者在肿瘤切除手术中实现了近场动作电位的连续记录，具有高信噪比和最小的侵入性，从而大大降低了动物模型的术后发病率。此外，该系统可以很容易地用于术中神经隔离，允许在其整个轨迹中精确定位感兴趣的神经，这是无伤性神经解剖的另一个关键进展。使用这些CINM模式与局部神经刺激相结合，进一步证明了该方法在各种神经外科手术后恢复正常功能的有效性。

总之，该研究表明CINM与发达的微神经外科技术相结合，在预防手术期间的神经损伤方面是有价值的。长期稳定、高分辨率、柔软和可拉伸的电极阵列的进一步发展，以及有效的神经刺激和记录方式，应该能够成功地应用于更复杂的外科学科，甚至是长期和闭环疾病管理。

首都医科大学附属北京天坛医院周文剑龙博士、宾夕法尼亚大学蒋圆闻助理教授为共同第一作者，首都医科大学附属北京天坛医院贾旺教授（排名最后一位）、李德岭教授与斯坦福大学鲍哲南教授为共同通讯作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41551-023-01069-3

转自：“iNature”微信公众号

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