本文是专业学术论文解读，，，，
，，不做医疗建议
。。。

全球约 20% 的成年人受到慢性疼痛的困扰，，，，
，，一连一直的疼痛大幅降低患者的生涯质量，，，，
，，严重时甚至致残
。。。关于药物难以控制的顽固性疼痛，，，，
，，将电极植入体内，，，，
，，通过电信号调控神经活动是一种有用的非药物干预手段
。。。

目今，，，，
，，精准的深部刺激装备体积较大，，，，
，，需要借助有创手术植入；
；；；体外或微创方案又往往酿成“隔靴搔痒”，，，，
，，效果不敷理想
。。。

为解决这一难题，，，，
，，6 月 12 日，，，，
，，纽约大学阿布扎比分校（NYU Abu Dhabi）联合阿布扎比克利夫兰医学中心（Cleveland Clinic Abu Dhabi）在《科学希望》（Science Advances）发文，，，，
，，提出一种新的解决方案：一款名为 SEED 的可注射无线神经刺激器
。。。在大鼠实验中，，，，
，，该装置通过体外无线调理，，，，
，，实现了对坐骨神经的精准刺激
。。。

图 | SEED 示意图（泉源：Doi: 10.1126/sciadv.aeg1437）

外周神经刺激装备的两难逆境

慢性疼痛（一连或重复爆发凌驾 3 个月的疼痛）是全球高发康健问题，，，，
，，常见类型包括慢性腰背痛、慢性颈痛、慢性头痛、坐骨神经痛以及癌症相关疼痛
。。。

按病理机制，，，，
，，慢性疼痛主要分三类，，，，
，，第一类是组织保存现实损伤或炎症，，，，
，，从而激活外周神经末梢的痛觉感受器爆发的疼痛；
；；；第二类是神经病理性疼痛，，，，
，，源于神经系统自己的损伤或功效异常
。。。第三类是危险可塑性疼痛，，，，
，，由于缺乏明确组织损伤与神经系统病变，，，，
，，现在以为其原因可能在于中枢敏化：脊髓和大脑中的疼痛处理回路太过兴奋
。。。

外周神经刺激（PNS）器可在受损神经通路上施加准确电脉冲，，，，
，，以此滋扰异常疼痛信号传导，，，，
，，调理运动通路活动
。。。这类手艺适用于有明确外周神经通路加入的疼痛，，，，
，，包括神经病理性疼痛和部分由特定神经支配的危险感受性疼痛，，，，
，，可被用于慢性疼痛治理、运动功效恢复以及系统性心理调控等领域
。。。

临床上应用的外周神经刺激器主要有两类
。。。第一类是体外经皮电刺激（TENS）
。。。这类装备无创、便携，，，，
，，但电流从体表进入后，，，，
，，必需穿过皮肤、脂肪等组织，，，，
，，信号强度大幅衰减
。。。若通过强电流刺激深部神经，，，，
，，则会引起难以耐受的肌肉缩短和皮肤刺痛
。。。

第二类是全植入式神经刺激器
。。。这类装备能提供精准的深部刺激，，，，
，，但需要借助侵入性的外科手段
。。。手术通常在全麻状态下举行，，，，
，，在目的神经周围放置导线电极，，，，
，，并在体内另一位置植入脉冲爆发器和电池包
。。。以脊髓电刺激器装备为例，，，，
，，导线移位、化脓血肿等相关并发症爆发率总体约为 30%~40%，，，，
，，一旦装备故障或电池耗尽，，，，
，，患者就必需再次接受手术
。。。

SEED：一个极简架构的无源可注射刺激器

无创手段难以抵达深部神经，，，，
，，有创手段的价钱太高
。。。为破解这一“程序侵入性与刺激精准度之间的根天性权衡”，，，，
，，纽约大学阿布扎比分校生物工程助理教授哈利勒·拉马迪（Khalil Ramadi）向导团队，，，，
，，开发出了 SEED（Stimulating Electrode for Electroceutical Delivery，，，，
，，直译为“用于电子药物递送的刺激电极”）系统
。。。

SEED 是一个直径为 1.4 毫米，，，，
，，长度约 9 毫米的圆柱体装置，，，，
，，整体尺寸与用于宠物识别的 RFID 微芯片相近，，，，
，，可装入标准 14 号皮下注射针头的管腔，，，，
，，经皮注射至靶神经周围，，，，
，，无需切开皮肤
。。。

图 | 尺寸及结构设计（泉源：Doi: 10.1126/sciadv.aeg1437）

整个装置不含电池和有源集成电路，，，，
，，内部由三个基本组件组成：一个纠葛在高磁导率铁氧体芯上的螺线管吸收线圈，，，，
，，用于从体外的无线发射器捕获磁场能量；
；；；一个调谐电容，，，，
，，与吸收线圈形成并联谐振回路，，，，
，，最大化磁通量耦合效率；
；；；以及一个红色微型发光二极管（μLED），，，，
，，既作为装置激活状态的视觉指示器，，，，
，，也在电路中肩负整流功效，，，，
，，将吸收到的交流信号转化为可用于神经刺激的电流
。。。

SEED 的神经接触界面由两根铂铱（Pt-Ir）电极丝以双螺旋形纠葛在装置外貌
。。。装置外壳由微立体光刻 3D 打印制成，，，，
，，外貌设有指导电极纠葛的微沟槽
。。。

所有信号天生和调控功效均在体外举行，，，，
，，体内装置无需加入任何自动盘算或存储：体外发射器爆发 65 kHz 的正弦载波信号，，，，
，，通过低频幅度调制（AM）将刺激波形编码至信号中
。。。SEED 被动吸收并整流这一信号，，，，
，，在电极处天生刺激电流，，，，
，，刺激的频率、脉冲宽度和幅度由体外信号实时决议
。。。

功效性验证

针头注射后，，，，
，，装置的朝向和旋转角度随机且无法二次调解
。。。因此，，，，
，，若是电极的刺激电场具有强偏向性，，，，
，，一旦装置旋转到“背对”神经的位置，，，，
，，刺激效果就会大幅下降甚至失效
。。。

为解决这一问题，，，，
，，研究团队举行了一项电极几何优化研究
。。。他们在一个基于真实女性前臂剖解结构的盘算模子中，，，，
，，模拟了五种差别电极形态的电场漫衍
。。。

图 | 五种构型的仿真实验（泉源：Doi: 10.1126/sciadv.aeg1437）

仿真效果显示，，，，
，，双螺旋构型沿神经轴向的纵向电场强度显著优于其他四种构型，，，，
，，原因在于，，，，
，，双螺旋结构的电极沿装置全外貌三维漫衍，，，，
，，无论 SEED 以何种角度落位，，，，
，，其朝向神经的一侧始终有电极保存
。。。别的，，，，
，，双螺旋构型在径向（即朝向周围非靶组织的偏向）的电场衰减速率更快，，，，
，，可在维持有用刺激强度的同时，，，，
，，差池周围组织爆发过多损伤
。。。

植入后的 SEED 会随呼吸、肌肉缩短和枢纽运动爆发细小的位移和倾斜，，，，
，，因此，，，，
，，容错性对可注射装置的现实使用至关主要
。。。体外发射器的低频电磁场为 SEED 一连供能，，，，
，，与射频或超声方案相比，，，，
，，该方案对发射端与吸收端的角度误差和位置偏移有更高容忍度
。。。

台架和离体测试确认了 SEED 的电学参数可由体外信号自力编程，，，，
，，且在生物组织情形中坚持稳固
。。。

在琼脂糖凝胶仿组织和鸡腿组织模子中，，，，
，，SEED 通过 14 号弯曲针头无阻力完成重复注射和释放
。。。医生可在注射中通过超声和μCT 实时追踪针头和装置的位置
。。。别的，，，，
，，装置在琼脂糖仿组织中一连事情了 60 天，，，，
，，封装完整性和电学一连性均未泛起退化
。。。

大鼠活体实验是最要害的功效验证
。。。研究职员使用注射器将 SEED 经皮注射到麻醉大鼠的后肢靠近坐骨神经的区域
。。。注射完成后，，，，
，，体外发射器开启，，，，
，，SEED 内置的 μLED 透过大鼠皮肤闪灼红光
。。。

随后举行的功效性神经调控测试中，，，，
，，研究职员将调制频率划分设定为 1 Hz 和 2 Hz，，，，
，，肢体随即爆发与刺激频率准确同步的抽动反映，，，，
，，高速摄像机纪录显示，，，，
，，腿部运动的位移轨迹与刺激波形严酷对齐
。。。在体外将发射功率调低时，，，，
，，抽动频率稳固，，，，
，，位移幅度响应减小，，，，
，，证实了体外调理刺激强度的可行性
。。。

图 | 大鼠实验（泉源：Doi: 10.1126/sciadv.aeg1437）

落地之前，，，，
，，SEED 还要过几重难关

近年来，，，，
，，已有一些小型化无线神经刺激装备的实验取得希望
。。。在已获美国食物药品监视治理局（FDA）批准的临床产品中，，，，
，，Neuspera 神经刺激系统使用直径 2.33 毫米的刺激器胶囊，，，，
，，总植入长度为 5.1 厘米；
；；；StimRouter 系统的植入导线直径 1.2 毫米，，，，
，，长度约 15 厘米，，，，
，，尺寸依然偏大
。。。

在学界，，，，
，，加州大学伯克利分？？？？？？⒌ StimDust 是体积最小的同类装置之一，，，，
，，体积仅约 1.7~6.5mm?，，，，
，，超声供电方案的能量转化高达 82%，，，，
，，但对发射端与植入物之间的对齐精度要求较高
。。。

与这些装备差别，，，，
，，SEED 仅需经皮注射，，，，
，，所有调控环节在都体外完成，，，，
，，65 kHz 的低频电感耦合方案对植入精度要求较低
。。。未来，，，，
，，若是多个 SEED 由统一体外发射器驱动，，，，
，，就有可能在差别神经靶点安排多个刺激节点，，，，
，，形身漫衍式的神经调控网络
。。。

然而，，，，
，，效率是这一方案的短板
。。。研究显示，，，，
，，SEED 无线链路在多个事情点下的功率传输效率仅为 3.7%~5.2%，，，，
，，这对可衣着化产品形态的电池续航和散热提出了较高要求
。。。

别的，，，，
，，电荷平衡问题是 SEED 系统的要害清静限制
。。。μLED 的二极管特征，，，，
，，使电极处的波形近似于半波整流后的正弦信号，，，，
，，电荷只流入，，，，
，，不流出
。。。

电流通过金属电极单向进入生物组织时，，，，
，，电极外貌会爆发电化学反映
。。。这种反映在急性短期实验中不显着，，，，
，，但在恒久或慢性治疗中，，，，
，，若是电荷不接纳，，，，
，，反映就会一连累积，，，，
，，损伤电极和周围组织
。。。研究者体现，，，，
，，未来可引入被动电荷平衡网络或优化电极工程设计解决这一问题
。。。

作为 SEED 的基础理论泉源，，，，
，，生物电子医学的焦点理念是用精准递送的电信号，，，，
，，替换或辅助古板药物治疗
。。。慢性疼痛的高发病率、生齿老龄化和镌汰阿片类药物依赖的需求，，，，
，，配合推动生物电子疗法的市场规模一直扩张，，，，
，，这为新手艺的生长留足了空间
。。。

SEED 若想在其中分一杯羹，，，，
，，必需先解决电荷平衡、恒久生物相容性、可衣着发射器小型化等焦点工程问题，，，，
，，再通过疗效与清静性验证、人体临床试验和羁系审批等层层磨练
。。。

参考内容：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg1437

本文是专业学术论文解读，，，，
，，不做医疗建议
。。。

运营/排版：何晨龙

注：封面/首图由 AI 辅助天生