中科院遗传发育所戴建武团队《AM》：电磁刺激技术调控神经功能的前沿综述

电信号是神经系统的“指挥官”。生理状态下，神经系统通过电流发出控制身体功能的信号，确保生命活动的正常进行。在疾病状态下，往往出现的电信号紊乱或丧失。当人为干预这些电信号时，能够操纵其原有的指令模式，调整甚至恢复丧失的信号功能。为了实现这一目标，需要在各个环节借助特定材料作为“桥梁”，将外源信号有效传递到人体内部组织。近年来，随着新型材料的开发，电磁刺激（EMS）治疗的安全性与效率得到了显著提升，这为相关疾病治疗开拓了新途径。

近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武研究员团队在Advanced Materials 杂志发表了题为Advances in Material-Assisted Electromagnetic Neural Stimulation的综述论文。第一作者为中国科学院遗传与发育生物学硕士研究生孙御婷，通讯作者为戴建武研究员和赵燕南研究员。该工作得到国家自然科学基金委重点项目、国家重点研发计划等项目的支持。文章全面总结了当前在神经电磁刺激技术领域的研究进展，涵盖了该技术的基本机制、辅助神经电磁刺激的材料，以及这些材料在技术中的临床前应用，并展望了使用电磁刺激治疗神经系统疾病所面临的挑战和未来发展的趋势。

在神经电磁刺激机制方面，详细介绍了电和磁如何影响细胞外环境、细胞膜以及细胞内的生物物理和生物化学过程。重点阐述了EMS如何产生体内离子流动，进而影响神经元活动；介绍了细胞膜上的离子通道如何开关，细胞膜上带电物质的重新排列；概括这些变化如何引发细胞内信号转导、基因转录和表观遗传学的调控。此外，文章还介绍了电磁刺激调节细胞和组织的功能，为进一步研究和应用提供了理论基础。

在神经电磁刺激的辅助材料方面，概述了多种电极设计，包括传统电极、微电极阵列、电极涂层以及封装材料。阐明近年来电极制造在柔韧性、精确性和生物相容性方面的进步；介绍了作为植入支架的导电、压电、磁性材料，以及这些材料为电磁刺激的传导、产生及响应提供的支持；介绍了用于EMS的纳米机器人技术，通过集成的传感器、导航和载体模块，实现对治疗过程的高度控制和精确送药；强调了通过这些创新材料和技术，EMS在神经治疗领域的应用将更加多样化、精确化和高效化；展望了未来在材料科学和纳米技术的进一步发展下，EMS将如何为神经修复和个性化治疗提供支持。

在材料辅助EMS的临床前应用方面，讨论了材料辅助神经电磁刺激在临床前研究中的应用，特别强调了安全性、有效性和个性化治疗策略；总结了当前关于EMS安全性和有效性的讨论，并探讨了在脑、脊髓、周围神经系统中的具体临床前应用案例；展现了材料辅助EMS在神经科学和医学领域中的巨大潜力。

尽管在过去的三十年里，电磁场治疗神经疾病逐渐走向临床。然而创新伴随着风险，临床试验目前进展缓慢，仍需要在理论上取得突破，在技术上持续创新、不断优化迭代。展望未来，材料科学、工程学和神经科学等领域需要深度融合，开发更精确和具有个性化的EMS治疗。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400346