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“神經(jīng)弦”實時偵聽大腦與腸道對話

2022-06-06 09:06 來源:環(huán)球網(wǎng) 閱讀數(shù):858

科技日報北京6月5日電 (記者張夢然)據(jù)英國《自然》雜志近日公開的一篇材料科學(xué)論文,美國斯坦福大學(xué)團隊描述了一種模擬組織的傳感器,可用于實時監(jiān)測大腦與腸道的神經(jīng)遞質(zhì)。研究人員通過研究小鼠的腸道—大腦交流,表明了這種傳感器的能力。該設(shè)備或有望實現(xiàn)其他身體柔軟器官的生物分子傳感。

神經(jīng)遞質(zhì)在人體內(nèi)各種過程和系統(tǒng)中起到重要作用,監(jiān)測其動力學(xué)對于理解神經(jīng)元及其目標(biāo)間交流十分重要。但在活體動物和人類體內(nèi)研究生物化學(xué)信號傳輸?shù)墓ぞ呷允钟邢耷也话l(fā)達(dá)。目前的探針通常堅硬易碎,導(dǎo)致早期設(shè)備故障或嚴(yán)重炎癥反應(yīng),特別是在一直活動的器官如大腦與腸道中。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn),斯坦福大學(xué)鮑哲南、陳曉科及其同事設(shè)計了一種柔性可延展、基于石墨烯的電化學(xué)傳感器,命名為“神經(jīng)弦”,可同時并針對性地實時檢測大腦和腸道內(nèi)的多種神經(jīng)遞質(zhì)。研究人員發(fā)現(xiàn),神經(jīng)弦可檢測小鼠神經(jīng)遞質(zhì)信號長達(dá)16周,展現(xiàn)出優(yōu)越的長期神經(jīng)化學(xué)檢測穩(wěn)定性。

在一個概念驗證實驗中,團隊利用神經(jīng)弦傳感器檢測喂食小鼠巧克力之后,大腦和腸道神經(jīng)遞質(zhì)濃度的變化。兒茶酚胺和5-羥色胺都是參與調(diào)控認(rèn)知過程和腸道功能的重要神經(jīng)遞質(zhì)。他們檢測到攝入巧克力數(shù)秒之后兒茶酚胺在腦中釋放,觀察到結(jié)腸內(nèi)5-羥色胺在30—60分鐘內(nèi)增加,與食物通過胃腸道的典型運送時間一致。這一結(jié)果表明了使用神經(jīng)弦了解神經(jīng)遞質(zhì)機制及其在腦-腸軸中作用的潛力。

神經(jīng)弦的進(jìn)一步研發(fā)計劃旨在使其能夠以更好地選擇性檢測不同分子。研究人員總結(jié)說,結(jié)合其卓越的生物相容性和靈敏度,神經(jīng)弦平臺或可成為在靈長動物體內(nèi)研究各種信號傳遞生物分子和電生理信號的有力工具。

【總編輯圈點】

生命是柔軟的,而目前在生命科學(xué)領(lǐng)域,絕大多數(shù)的研究工具是堅硬的。這些剛性的研究工具,難以完全滿足生命科學(xué)的研究需求??梢栽O(shè)想,植入體內(nèi)監(jiān)測生物化學(xué)信號的傳感器,如果是個堅硬的物體,在應(yīng)用中顯然很容易與生命體格格不入而出現(xiàn)各種問題。隨著柔性材料、柔性電子成為科研熱點,許多新研發(fā)出的柔性研究工具,可以很好地彌補傳統(tǒng)工具之不足。比如像創(chuàng)可貼一樣的柔性芯片,可以隨時貼在皮膚上監(jiān)測生命信號,上述研究也是一個很好的范例。

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