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.2014年5月；102(5):1486-99.
doi:10.1002/jbm.a.34799。 Epub 2013年6月25日。

宿主对植入大脑的神经电极上的微凝胶涂层的反应

斯塔西·M·古托夫斯基 1, 凯莉·兰普曼, 安托瓦内特B南, 杰弗里·高尔丁, 詹姆斯·T·鞋匠, 米歇尔·拉普拉卡, 拉维五世贝拉姆孔达, L安德鲁·里昂, 安德烈斯·加西亚
附属公司

植入大脑的神经电极上微凝胶涂层的宿主反应

斯塔西·M·古托夫斯基等。 生物材料研究杂志A. 2014年5月.

摘要

植入大脑的神经电极的性能通常受到周围脑组织中宿主反应的限制，包括星形细胞瘢痕形成、神经元细胞死亡和植入物周围的炎症。我们将共形微凝胶涂层应用于硅神经电极，并在大鼠脑内植入后检测宿主对微凝胶涂层和未涂层电极的反应。体外分析表明，与未涂层的对照组相比，星形胶质细胞和小胶质细胞对微凝胶涂层电极的粘附显著减少。将微凝胶涂层和未涂层电极植入大鼠大脑皮层，并在植入后1周、4周和24周评估激活的小胶质细胞和星形胶质细胞的范围以及植入物周围的神经元密度。微凝胶涂层减少了植入物周围稍后时间点的星形细胞募集。然而，小胶质细胞反应表明电极周围区域持续存在炎症。与未受损伤的对照组相比，两组植入电极周围的神经密度也较低。这些结果表明，微凝胶涂层并不能显著改善宿主对植入神经电极的反应，并强调了进一步改进可植入材料的必要性。

关键词：细胞粘附；电极；植入；炎症；微凝胶；聚合物涂层。

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数字

图1
图1
神经电极表面的微凝胶涂层。（a） 微凝胶的化学结构包含pNIPAm、PEG和丙烯酸。（b） 神经电极照片（左），采用AFM扫描，仅针对未涂层、PDADMAC+APTMS和多层微凝胶涂层表面。使用X射线电子光谱进一步验证了微凝胶涂层的应用，以验证未涂层和微凝胶涂层（c）表面之间的差异，在微凝胶涂层样品上没有铱4f峰和显著的C1s和N1s峰。
图2
图2
微凝胶涂层减少在体外混合胶质细胞在电极上的粘附。电极上镀有混合胶质细胞（星形胶质细胞和小胶质细胞）并培养24小时。使用LIVE/DEAD染色（Invitrogen）对样品进行染色，并使用荧光显微镜进行成像（a）。使用ImageJ分析细胞扩散面积，以确定每组（b）的细胞扩散面积。与未涂层对照组相比，微凝胶涂层降低了电极表面的细胞粘附力（p<0.01）。数据表示为平均值±标准误差，n=3个电极。比例尺=100μm。
图3
图3
使用定制的MATLAB程序进行免疫染色分析。（a） 显示每个GFAP、OX42或ED1染色切片样本的IHC图像，并沿着电极形成的疤痕边缘生成曲线。比例尺（左侧）指示染色强度值，从0（黑色）到1（白色）。该程序确定距离疤痕0-500μm处沿曲线的平均强度，并生成强度曲线作为距离的函数。显示了24周时未涂覆电极的GFAP染色的样品强度曲线（a，右）。该曲线与方程式1拟合，并对各组之间每条曲线的参数进行比较。NeuN染色样本的图像处理（b）包括将500μm图像分为5个100μm大小的等分箱，并对每个箱中的NeuN阳性细胞进行计数。将这些NeuN+细胞计数与来自对侧半球的未受损对照进行比较。比例尺=100μm。
图4
图4
用胶质纤维酸性蛋白（GFAP）染色的每一时间点和每组样品的免疫组织化学图像和相应的强度标度（a），胶质纤维酸性蛋白质是星形胶质细胞的标记物（除24周时未涂层的n=3只动物外，所有组n=4只动物）。使用方程式1完成每个强度曲线上的曲线拟合。来自背景校正图像（b）的代表性强度曲线位于每个时间点的代表性免疫染色图像下方。参数曲线（c）表示实验组参数值随时间的变化。符号表示：*各组在一个时间点上的显著差异，未涂层样品的指示时间点和之前时间点之间随时间的显著差异；微凝胶涂层样品的指定时间点和以前时间点之间的随时间的明显差异。
图5
图5
用小胶质细胞标记物OX42（CD11b）染色的每个时间点和每组样品的免疫组织化学图像和相应的强度标度（a）。背景校正图像（b）的代表性强度曲线位于每个时间点的代表性免疫染色图像下方。参数曲线（c）的生成方式与GFAP的相似，并表明实验组的强度和衰减值随时间的变化。符号表示：*各组在一个时间点上的显著差异，未涂层样品的指示时间点和之前时间点之间随时间的显著差异；微凝胶涂层样品的指定时间点和以前时间点之间的随时间的明显差异。
图6
图6
用ED1（CD68）染色的每个时间点和每组样品的免疫组织化学图像和相应的强度标度（a），ED1是活化小胶质细胞的标记物。背景校正图像（b）的代表性强度曲线位于每个时间点的代表性免疫染色图像下方。参数曲线（c）的生成方式与GFAP的相似，并表明实验组参数值随时间的变化。符号表示：*各组在一个时间点上的显著差异，未涂层样品的指示时间点和之前时间点之间随时间的显著差异；微凝胶涂层样品的指定时间点和以前时间点之间的随时间的明显差异。
图7
图7
每个时间点和实验组的免疫组织化学图像（a）用神经元标记物NeuN染色。每个时间点（b）的图表显示了未涂层和微凝胶涂层样品每个100μm容器中神经元核的平均数量，作为在对侧未受伤对照中发现的细胞的百分比。符号表示：*未涂层样品和微凝胶涂层样品之间的显著差异，无涂层样品和对侧样品之间的明显差异，微凝胶涂层和对侧试样之间的显著差别，微凝胶涂覆样品的指示时间点和之前时间点之间的显著差异。
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