炎症是由免疫细胞的炎症细胞因子累积引起的病理过程，在各种疾病中都很普遍。功能性电刺激是一种很有前景的炎症抑制疗法，但目前的电刺激存在刺激路径/刺激参数不精确、机制不明确、高有效幅值等不足，这使得电刺激通常伴随着损伤和并发症。为进一步提高电刺激的有效性和生物安全性，必须解决以上问题。
针对此领域难题，复旦大学周鹏/王水源团队与上海交通大学医学院附属第六人民医院刘珅团队合作，提出了一种基于二维半导体MoS2浮栅存储器叉指电路（FGM IDC）的神经形态电刺激策略（2D ES），通过刺激交感神经抑制肌腱损伤后的炎症反应，这也是团队首次探索二维电子器件在生物医学领域的应用。相关成果以《基于原子薄半导体的神经形态电刺激用于无损伤炎症抑制》（“Neuromorphic electro-stimulation based on atomically thin semiconductor for damage-free inflammation inhibition”）为题发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。
据介绍，研究团队所构建的浮栅存储器具有优异的器件性能和仿生可编程性，模拟了生物突触渐进可调的长时程可塑性，并发射仿生刺激尖峰，刺激神经的同时减少神经元损伤。受益于本征仿生尖峰，神经形态电刺激能够以低于商业刺激仪近50%的幅值使炎症细胞因子IL-6降低73.5%。进一步，团队验证了交感神经刺激下炎症细胞因子的减少是通过髓系细胞(单核/巨噬细胞和粒细胞)上的β2肾上腺素能受体(ADRB2)调控实现。这项工作提供了一种低神经损伤的神经形态仿生刺激方案，为高效炎症抑制和减少并发症带来新启示。
复旦大学微电子学院教授周鹏、王水源，上海交通大学医学院附属第六人民医院刘珅主任为共同通讯作者，包容、王水源和刘笑先为共同第一作者，该成果得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委、教委、教育部创新平台、中国博士后科学基金等项目的支持。
图.神经形态仿生电刺激实现高效低损伤炎症抑制作用
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45590-8
