Advanced Biosystems: 基于微型超声芯片的神经元兴奋性调控研究

神经精神类疾病是世界范围内的高发疾病之一,严重危害人类健康,成为严重的社会问题。不同于其他疾病,该类疾病的主要发病机制在于神经元及神经环路之间的病变退化和功能异常。神经调控技术能直接刺激调控大脑核团中的神经元和神经环路,为该类疾病的治疗提供了新的临床解决方案。超声作为一种非侵入性神经调控手段,可无创,多点动态刺激大脑深部核团,实现深部特定核团的干预与调控,具有重大的应用前景。

中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣课题组针对神经元细胞、脑片,啮齿类动物,非灵长类动物等层面的研究需要,研制了多种跨尺度超声神经调控仪器,并在超声神经调控内在机制及疾病的干预治疗开展了系统的研究。利用自主研发的新型超声神经刺激芯片, 建立了兼容离体脑片膜片钳记录的实验系统,并以离体海马脑片作为研究对象。研究结果表明,在超声作用下,海马椎体神经元能被超声激活产生动作电位,并随着超声强度的增加动作电位发放频率相应提高。同时,超声刺激的机械效应能直接增强神经元钠离子内流从而显著提高神经元兴奋性。 另外,超声刺激改变了钠通道生物动力学特性从而提高通道开放效率。在通道激活过程中,超声刺激显著降低通道激活阈值。在通道失活过程中,超声刺激显著加快通道失活速率。在通道恢复过程中,超声刺激显著降低通道回复时间。

本工作的意义在于研发了新型的超声神经调控芯片,利用膜片钳记录手段系统地研究了超声刺激在单一神经元及离子通道水平的调控效应,为超声神经调控机制研究的进一步研究提供了新的思路和强有力的工具,为最终服务于临床奠定基础 。相关论文在线发表在Advanced Biosystems (DOI: 10.1002/adbi.201800041)上,并于当期选为封面文章(Outside Front Cover)。 请点击 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adbi.201800041 查看原文。

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