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Nat Com:利用超声波刺激神经元

摘要 : 9月15日出版的《Nature Communications》杂志上发表美国加州索尔克生物研究所神经生物学家Sreekanth Chalasani发表的一项研究成果,研究表示神经学家利用超声波刺激蠕虫的大脑细胞,并且希望这项被称为声遗传学的技术或许能被用于开启小鼠和大型动物的神经元。

 9月15日出版的《Nature Communications》杂志上发表美国加州索尔克生物研究所神经生物学家Sreekanth Chalasani发表的一项研究成果,研究表示神经学家利用超声波刺激蠕虫的大脑细胞,并且希望这项被称为声遗传学的技术或许能被用于开启小鼠和大型动物的神经元。

该技术依赖于对触觉敏感且能通过基因改造被添加到特定大脑细胞中的通道蛋白。当被超声波脉冲击中时,这些通道会打开,从而使离子流入神经元并将其开启。

Sreekanth Chalasani表示,和利用植入电极或纤维光缆的方法相比,超声波是研究人员刺激特定细胞类型或单个神经元的低侵入式方法。“我们的希望是创建一个包含不同通道的‘工具箱’,其中每个通道会对不同强度的超声波作出响应。”Chalasani介绍说。

“这是一个很酷的新想法,而他们证明这确实是可行的。”在得克萨斯大学奥斯汀分校研究秀丽隐杆线虫的神经学家Jon Pierce-Shimomura表示,最新研究开启了一种通过基因编码工具以非侵害性方式操控神经系统的全新方法。

Chalasani团队发现,TRP-4离子通道在帮助蠕虫感知超声波振动中起到关键作用,而且能被操控产生惊人的效果。

由于超声波无法在空气中很好地穿行,因此研究人员首先将蠕虫放在一个部分淹没在水浴中的有盖培养皿上。他们向培养皿中发送短促的超声波,并且通过将和振动共鸣的微小脂质泡沫添加到培养皿表面放大低压波。

通过将TRP-4蛋白加入具有不同功能的神经元中,研究人员成功地使自由爬行的蠕虫逆转方向、停止逆转,或者更加频繁地急速转向,以对简短的低压超声波脉冲作出响应。

原文链接:

Sonogenetics is a non-invasive approach to activating neurons in Caenorhabditis elegans

原文摘要:

A major challenge in neuroscience is to reliably activate individual neurons, particularly those in deeper brain regions. Current optogenetic approaches require invasive surgical procedures to deliver light of specific wavelengths to target cells to activate or silence them. Here, we demonstrate the use of low-pressure ultrasound as a non-invasive trigger to activate specific ultrasonically sensitized neurons in the nematode, Caenorhabditis elegans. We first show that wild-type animals are insensitive to low-pressure ultrasound and require gas-filled microbubbles to transduce the ultrasound wave. We find that neuron-specific misexpression of TRP-4, the pore-forming subunit of a mechanotransduction channel, sensitizes neurons to ultrasound stimulus, resulting in behavioural outputs. Furthermore, we use this approach to manipulate the function of sensory neurons and interneurons and identify a role for PVD sensory neurons in modifying locomotory behaviours. We suggest that this method can be broadly applied to manipulate cellular functions in vivo.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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