工程师们开发一个微创的方法来研究大脑

光遗传学工具控制神经元与光,使神经学家开启和关闭大脑细胞的能力或多或少,对神经科学。

然而这项技术面临一个基本的挑战:学习最外层部分的大脑,研究人员需要植入光纤或其他侵入性装置光深入大脑。

现在,在美国国家科学院院刊》上斯坦福大学研究人员报告他们发现这样做微创方法:注射纳米粒子转换声波很容易渗透进入大脑,成光。

“我们的问题是,我们可以消除所有这些植入物提供光吗?我们的方法提供了一个更少侵入性的选择,“Guosong Hong说,材料科学与工程助理教授和吴蔡神经科学研究所的一员。

斯坦福大学部分中开发光遗传学是基于科学家可以基因修饰细胞,如神经细胞,使他们的一些功能开关可见光。研究人员用这些工具更好地了解大脑的不同区域之间的信息流动,研究社会行为的基础,认知和记忆,和更好的理解神经系统疾病如帕金森症。

挑战在于,即使在最好的情况下,光遗传学需要工作只穿透大脑的最上层。学习更深的大脑区域需要light-delivering植入物如光纤。不仅是这些植入物入侵,他们限制大脑研究人员可以研究的许多地方。

一个微创的替代方法是sonogenetics使用超声波波来打开和关闭基因。与光,非常大超声检查能深入渗透到组织整个身体,包括大脑。但是技术是全新的,到目前为止很少有基因控制的超声波可以修改。

不过,洪教授和他的团队发现,超声波有潜力,特别是如果他们能找到一种方法将声音转换成光明结果,有这样的形式mechanoluminescent材料,等硫化锌能发光的,当外部压力。通过与钴掺杂硫化锌纳米粒子,洪教授和他的研究小组发现他们可以将光能量存储在纳米粒子与超声波以后释放它。进一步掺杂粒子用银调谐他们释放合适的波长的光激活optogenetically修改神经元,不管这些神经元在大脑。

与进步,两个障碍依然存在。首先,团队需要得到纳米粒子接近大脑神经元没有侵入性植入物。其次,他们需要一种方法来收取他们所以他们将准备释放光当他们到达他们的目的地。解决这两个问题,洪教授和他的团队将他们的纳米粒子注入老鼠血管,因此纳米粒子是整个body-notably不断流动,在大脑和皮肤。当纳米粒子流过皮肤,团队认为,光穿透深度足够的充电粒子。在大脑从纳米粒子,光接近激活optogenetically修改神经元。

香港和他的同事检测了他们的想法首先在一个人工循环系统显示他们可以得到纳米粒子点亮,充电并再次点燃。他们下一个相同的粒子注入老鼠和仔细定位下一个设备,超声波针对电动机控制电路在他们的大脑。然后,研究小组发现,他们能让老鼠摆动腿只要打开超声波。

香港说,一个剩余的问题,使他们的超声波系统小到可以部署在一个广泛的实验。另一个问题是,纳米粒子自我充电,但就在几个小时之前的过滤掉血,一生团队希望扩展。

但如果这些问题能够得到解决,这种方法可以使研究人员产生光源而随时随地体内没有侵入性植入物。如果工作,它能让optogenetic治疗神经系统疾病的微创,香港说,也许延长光照疗法的应用,类似于用于治疗某些类型的皮肤癌,。

“我真的想象这是一个方法不仅为光遗传学的任何应用程序需要一个光源”在身体深处,香港说。

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