当光是开关时:研究神经元活动的纳米光电二极管
在一种新颖的方法中，SISSA的一项新研究使用了一种可以用光脉冲激活单个神经细胞的技术。这种有针对性的、非侵入性的方法可以用于神经系统的基础研究以及神经系统疾病的创新疗法的开发
一束光可以实时调节单个神经元的活动:这就是创新的纳米光电二极管的工作原理科学的进步．这项技术是由里雅斯特SISSA的Laura Ballerini教授团队与芝加哥大学和剑桥大学合作开发的。
当被红外线激活时，纳米级的光电二极管会向它们所连接的神经细胞发送电子信息，从而调节其功能。通过突触的接触，刺激的效果可以扩展和放大到周围的神经元网络。像真正的电极一样工作，但采用非侵入性和选择性的方法，这些纳米技术对基础研究非常有用，可以深入研究脑缺血的机制神经系统同时也为神经系统疾病开发靶向疗法。
纳米光电二极管:下面是它们的工作原理
“为了研究神经系统的功能，现在人们对那些既必须非常精确又不具有侵略性的技术非常感兴趣。我们的战略正是朝着这个方向发展的。与迄今为止所探索的金属电极或基因操作和光学技术的光遗传学组合不同，我们追求一种新的、更具体和更低侵入性的方法，”Ballerini教授和她的合作者Denis Scaini和Mario Fontanini说。
在这项研究中，SISSA研究小组使用了由芝加哥大学开发的创新纳米光电二极管，它能够结合到神经细胞的表面膜上。“光电二极管在用红外线，”科学家解释道。“通过这种方式，它们可以对神经细胞产生电作用，激活它。这对研究目的非常有用，因为它让我们看到特定神经元在给定过程中扮演什么角色，而且由于红外能够穿透组织，从外部以灵活和非侵略性的方式调节其活动。”
但是你怎么得到光电二极管你想研究的神经元?得益于与剑桥大学Ljiljana Fruk团队合作开发的一种巧妙的机制:“光电二极管与一种抗体相结合，其工作原理就像信使一样，将它精确地固定在我们希望的地方。这是因为这种抗体具有很强的特异性，能够识别目标神经元表面的结构。”
具有巨大潜力的新技术
在脊髓外植体部分的实验室中，SISSA的工作人员专注于与疼痛通路有关的感觉神经元的研究:“我们意识到我们的方法能够选择性刺激单个细胞使我们能够激活具有相反功能作用的单个神经元，例如兴奋性或抑制性，”研究人员解释说。“通过用光电二极管激活脊髓背角上的兴奋性神经元，我们见证了疼痛信号的放大。反之亦然，通过作用于抑制神经元，得到相反的效果:疼痛信号的放大被关闭。”
有趣的是，该研究还表明，仅作用于一个神经元就能产生更广泛的影响，影响整个区域的活动。研究人员说:“这正是我们所证实的:通过刺激一个目标神经元，我们可以调节整个电路的反应，这非常有趣，原因有很多。”
“由于这种技术的功能和效率，到目前为止只在体外开发，可以让我们以一种非常复杂的方式定义神经感觉回路，获得关于单个神经所起作用的非常详细的信息细胞在不同的机制中。这种深入的知识将使得在脊髓层面设计越来越具体的治疗方法成为可能。”
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