近年来，非药物物理疗法成为神经精神疾病临床干预与研究的热点，其中神经磁刺激具有尤其重要的地位和前景。但传统的经颅磁刺激（TMS）还存在着聚焦精度差、穿透深度浅、无法精准示踪定位等关键瓶颈问题，大大限制了该技术的广泛应用和深入研究。由于磁场的物理特性限制，这些问题较难单纯通过改进线圈设计得到解决。在前期工作中，本团队孙剑飞研究员率先提出利用自主研发的医用磁性纳米氧化铁介导针对神经靶区的精准磁刺激新策略，并联合中大医院神经内科张志珺主任课题组在小鼠模型上实现了对前肢皮层和视觉皮层的精准磁刺激，快速高效改善小鼠的抑郁样症状（Zool. Res. 2020, 41, 381; iScience 2022, 25, 104201.）。磁性纳米颗粒介导的神经磁刺激具有空间定位精准、突破深度限制以及可利用MRI示踪等优点，具有较好的临床应用转化前景。然而，研究中也发现氧化铁纳米颗粒在体内分布分散，代谢较快，产生的磁致效应较难量化和调控，影响了该技术在临床的普适应用。
针对以上问题，本团队孙剑飞研究员和张志珺主任团队继续深入开展医工交叉合作，进一步改良了磁刺激技术。基于微流控电喷雾方法将纳米氧化铁封装在微凝胶中，制备出尺寸均一、粒径可调、磁性增强的可注射磁性水凝胶微球。磁性水凝胶微球可经常规注射器立体定向精准递送至小鼠目标脑区，可稳定驻留长达22周，显著提高了脑组织内驻留性，且安全、无毒、生物相容性良好。进一步利用图像算法定量测量了单个微球在10 Hz变化磁场（100 mT）下产生的磁力，并证明了微球可通过磁力作用激活神经元钙内流；进一步在模式小鼠离体脑片电生理实验中发现10 Hz磁刺激可以显著提高兴奋性突触后电位和突触前囊泡释放概率，而且与分散的纳米氧化铁相比，磁性水凝胶微球的活化神经能力显著增强。本文提供了一种有前景的精准神经磁刺激工具，可在脑区内长期安全稳定驻留，并且能够在温和的变化磁场作用下介导磁力效应实现神经功能的高效调控，将有力推动纳米材料介导神经精准磁刺激在临床中的应用和发展。
该工作由顾宁教授、张志珺主任和孙剑飞研究员共同指导完成，相关研究论文于2023年2月在线发表于Nano Research上（Le Xue et al.,Magneto-mechanical effect of magnetic microhydrogel for improvement of magnetic neuro-stimulation, DOI: 10.1007/s12274-023-5464-x）。
研究进展