近日,有研究人員成功改造了活體小鼠的神經(jīng)元,使其能夠?qū)Τ暡ㄗ龀龇磻?yīng),從而使它們能夠激活動(dòng)物運(yùn)動(dòng)皮層中的細(xì)胞,并控制它們腿部的運(yùn)動(dòng)。研究者解釋道,他們的技術(shù)也適用于培養(yǎng)皿中的人體細(xì)胞,并且有朝一日,可能會(huì)促進(jìn)非侵入性起搏器和深部腦刺激傳遞系統(tǒng)的發(fā)展。
幾年前,這項(xiàng)研究的作者Sreekanth Chalasani和他在索爾克研究所(Salk Institute)的同事合作,首次開(kāi)發(fā)了使用超聲波激活細(xì)胞的超聲遺傳學(xué)。在2015年的一篇論文中,該團(tuán)隊(duì)揭示了一種名為T(mén)RP-4的蛋白質(zhì)——它通過(guò)調(diào)節(jié)帶電離子在細(xì)胞膜上的運(yùn)動(dòng),來(lái)控制細(xì)胞的活化——對(duì)超聲波產(chǎn)生反應(yīng)。
因此,他們?cè)O(shè)計(jì)了蛔蟲(chóng)細(xì)胞以包含TRP-4,并發(fā)現(xiàn),團(tuán)隊(duì)能夠使用超聲波手動(dòng)激活這些細(xì)胞。然而,當(dāng)研究人員使用哺乳動(dòng)物細(xì)胞重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),卻無(wú)法產(chǎn)生相同的結(jié)果。
而這次的新研究中,研究者著手確定可用于超聲波激活哺乳動(dòng)物細(xì)胞的類(lèi)似蛋白質(zhì)。為此,他們對(duì)人類(lèi)胚胎腎(HEK)細(xì)胞進(jìn)行了基因改造,使其表達(dá)一系列不同的蛋白質(zhì),然后再將它們暴露于超聲波脈沖中。
在測(cè)試了總共191種不同的候選蛋白質(zhì)后,研究作者指出,一種名為T(mén)RPA1的化合物,始終能引起細(xì)胞對(duì)超聲波的反應(yīng)。TRPA1有時(shí)被稱(chēng)為芥末受體(Wasabi receptor),與TRP-4相似,因?yàn)樗且环N通道蛋白,這意味著它通過(guò)允許鈣離子穿過(guò)細(xì)胞膜而在細(xì)胞活化中發(fā)揮作用。
在人類(lèi)中,TRPA1通常會(huì)對(duì)疼痛、熱和刺激物做出反應(yīng),引發(fā)咳嗽或流淚等反應(yīng)。當(dāng)表達(dá)這種蛋白質(zhì)的HEK細(xì)胞暴露于超聲波時(shí),研究人員檢測(cè)到鈣離子通過(guò)通道流入,表明細(xì)胞活化。
為了深入研究,研究者對(duì)小鼠進(jìn)行了基因改造,以在其運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)元中表達(dá)TRPA1。用超聲波脈沖這些嚙齒動(dòng)物,可以使它們移動(dòng)右前肢和后肢,盡管左肢的運(yùn)動(dòng)發(fā)生的頻率較低。
與此同時(shí),研究人員在嚙齒動(dòng)物的聲學(xué)改變腦細(xì)胞中檢測(cè)到一種稱(chēng)為c-fos蛋白質(zhì)(這是神經(jīng)元活動(dòng)的標(biāo)志物)的增加,證實(shí)這些肢體運(yùn)動(dòng)確實(shí)是由超聲波誘導(dǎo)的這些神經(jīng)元。
研究者表示,目前已知超聲波是安全的,它可以穿過(guò)骨骼、肌肉和其他組織,使其成為操縱身體深處細(xì)胞的終極工具。
關(guān)鍵詞: 研究人員 活體小鼠 神經(jīng)元 活體小鼠的神經(jīng)元
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