Ultrastructural Analysis of Neuroimplant-Parenchyma Interfaces Uncover Remarkable Neuroregeneration Along-With Barriers That Limit the Implant Electrophysiological Functions

微电极 薄壁组织 多电极阵列 生物医学工程 轴突 材料科学 神经科学 电生理学 体内 电极 植入 纳米技术 解剖 生物 化学 病理 医学 外科 生物技术 物理化学
作者
Aviv Sharon,Nava Shmoel,Hadas Erez,Maciej M. Jankowski,Yael Friedmann,Micha E. Spira
出处
期刊:Frontiers in Neuroscience [Frontiers Media]
卷期号:15: 764448-764448 被引量:11
标识
DOI:10.3389/fnins.2021.764448
摘要

Despite increasing use of in vivo multielectrode array (MEA) implants for basic research and medical applications, the critical structural interfaces formed between the implants and the brain parenchyma, remain elusive. Prevailing view assumes that formation of multicellular inflammatory encapsulating-scar around the implants [the foreign body response (FBR)] degrades the implant electrophysiological functions. Using gold mushroom shaped microelectrodes (gMμEs) based perforated polyimide MEA platforms (PPMPs) that in contrast to standard probes can be thin sectioned along with the interfacing parenchyma; we examined here for the first time the interfaces formed between brains parenchyma and implanted 3D vertical microelectrode platforms at the ultrastructural level. Our study demonstrates remarkable regenerative processes including neuritogenesis, axon myelination, synapse formation and capillaries regrowth in contact and around the implant. In parallel, we document that individual microglia adhere tightly and engulf the gMμEs. Modeling of the formed microglia-electrode junctions suggest that this configuration suffice to account for the low and deteriorating recording qualities of in vivo MEA implants. These observations help define the anticipated hurdles to adapting the advantageous 3D in vitro vertical-electrode technologies to in vivo settings, and suggest that improving the recording qualities and durability of planar or 3D in vivo electrode implants will require developing approaches to eliminate the insulating microglia junctions.
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