Динамический мониторинг тормозных нейронных сигналов в мозговой ткани является сложной задачей. Исследователи пытались отслеживать ключевые вещества, участвующие в процессе нейронного торможения (например, Cl — ), чтобы решить эту проблему.
Однако Cl — является неэлектрохимически активным веществом в физиологических условиях и не может легко подвергаться окислительно-восстановительным реакциям, основанным на переносе электронов . В результате Cl — не был хорошим кандидатом для использования в мониторинге ингибирующих нейронных сигналов.
Однако теперь исследователи из Института технологических процессов (IPE) Китайской академии наук разработали молекулярно-адаптированные ультрамикроионотронные интерфейсы жидкость/жидкость (L/L UI) для динамического отслеживания регуляции церебрального хлорида (Cl — ) in vivo.
Это первый случай, когда L/L UI были использованы для достижения высокочувствительного, антиинтерференционного, обратимого, динамического отслеживания в реальном времени неэлектрохимически активного Cl — в физиологических условиях. В этом исследовании L/L UI использовались для динамического мониторинга Cl — в мозге мышиной модели болезни Альцгеймера и крысиной модели эпилепсии.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances 4 декабря.
«В отличие от традиционной электроники, которая использует электроны в качестве носителей сигнала, ионтроника использует в качестве носителей сигнала ионы, что представляет собой новый интерфейс человек-машина », — сказал профессор Бай Шуо из IPE.
Разработанные исследователями L/L-UI состоят из ультрамикропипетки с наконечником, заполненным органогелем, который образует интерфейс жидкость/жидкость с мозговой тканью после имплантации. Модифицируя интерфейс жидкость/жидкость серией бис-тиомочевинных ионофоров (IPE Cl-1 , IPE Cl-2 , IPE Cl-3 ), которые распознают Cl — , исследователи сконструировали ультрамикроионотронику, которая может контролировать Cl — в физиологических условиях.
Под действием этих ионофоров Cl- подвергается облегченной реакции переноса ионов на границе раздела, тем самым генерируя детектируемые электрические сигналы.
Исследователи имплантировали L/L UI в определенные области мозга (такие как гиппокамп, полосатое тело и кора) мышей с моделью болезни Альцгеймера и крыс с моделью эпилепсии. Затем они исследовали различия в концентрации Cl — между различными областями мозга. L/L UI показали высокую чувствительность, отличную помехоустойчивость и повторяемость в динамическом отслеживании Cl — в реальном времени в живом мозге грызунов.
Благодаря динамическому отслеживанию мозга живых грызунов исследователи L/L продемонстрировали регуляторную роль котранспортера хлорида калия 2 (KCC2), который играет важную роль в нейроингибиторном процессе, в отношении концентрации Cl- в мозге.
По словам рецензента журнала Science Advances, эта работа имеет большое значение для области нейронауки и имеет потенциальные диагностические и терапевтические последствия для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и эпилепсия . «[Она] предоставляет новые идеи для отслеживания неэлектрохимически активных ионов и мониторинга ингибирующей нейронной сигнализации в мозговой ткани», — сказал рецензент.
Спасибо за интересную статью! Мне всегда было интересно, как мозг регулирует свои химические процессы. Есть ли у вас ссылки на дополнительные исследования по этому вопросу?
Ультрамикроионотроника звучит впечатляюще! Я работал с нейронаучными проектами, и мне кажется, что эта технология может существенно изменить подходы в психиатрии.
Восхитительно видеть, как наука развивается! Интересно, какие практические приложения могут быть у этой технологии в лечении неврологических заболеваний.
Здорово, что ученые работают над такими сложными задачами. Могу ли я узнать, какие методы используются для мониторинга хлорида в мозге?
Благодарю за статью! Это действительно увлекательная тема. Как вы думаете, когда мы увидим первые клинические исследования с использованием этой технологии?
Я долгое время изучал нейробиологию. Эта информация очень полезна! Хотел бы обсудить, как можно интегрировать ультрамикроионотронику в существующие методы лечения.
Статья очень познавательная! Интересно, как динамический мониторинг может повлиять на понимание таких заболеваний, как эпилепсия.
Спасибо за публикацию! Это открывает новые горизонты в нейронауках. Какими были бы ваши прогнозы для будущего этой области?
Как здорово видеть, что технологии помогают в изучении мозга! У меня есть вопрос: какие еще ионы могут быть важны для нейронной регуляции?
Я впечатлен тем, как быстро развиваются технологии! Есть ли у вас примеры успешного применения ультрамикроионотроники в научных проектах?
Замечательная статья! Я бы хотела узнать больше о том, как именно исследователи отслеживают такое малое количество хлора в мозге.
Очень интересный подход к изучению процессов в мозге! Как вы думаете, какие ограничения могут возникнуть при использовании этой технологии в реальной практике?
Благодарю за информацию! Эта тема очень актуальна, особенно в свете роста интереса к нейробиологии. Какие шаги необходимо предпринять для дальнейших исследований?
Статья вдохновила меня на изучение нейронаук! Я хотел бы узнать, какие навыки нужны для работы в этой области, чтобы внести свой вклад в исследования.