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《科学日报》,北京,2月21日——20日出版的《自然神经科学》杂志发表了光遗传学研究领域的一项重大进展:麻省理工学院的科学家开发了一种新的探针,这种探针简化了以前需要三步治疗和多次外科手术的过程,并大大提高了其性能。
作为最受欢迎的生物技术工具之一,光遗传学技术帮助科学家用光来控制神经细胞,光已经渗透到神经病学的每一个角落超过十年。它不仅可以研究脑神经回路的基本功能,还可以通过动物模型探讨疾病的发病机制。然而,它需要三个步骤:基因传递、光植入和记录电极,分别是:将携带光敏基因的病毒载体注入大脑、植入硅基光纤或发光二极管等。将光传输到神经细胞,操纵钠离子和氯离子来激活或抑制神经反应,并植入能够记录脑电活动的电极装置来确定激活的神经细胞。这些步骤不仅需要每一步的外科手术,而且三个手术必须在同一位置非常精确地进行,严重限制了技术的发展。
在新的研究中,麻省理工学院的科学家佩妮娜·安妮科娃带领她的研究团队将这三个步骤整合到一个设备中,整个过程只需要一次手术。这种特别设计的新电极装置使用超薄聚合物材料,可以记录和传输神经信号,其高导电性使装置的尺寸非常小,节省了探针放置元件(如用于传输光的波导管和用于传输转基因病毒的微流体通道)的费用。
安妮·科娃的团队通过一系列老鼠实验测试了这种新探针。在其中一项研究中,他们将一种光敏基因传递到老鼠的前额皮质区域,在那里刺激神经元可以让老鼠跑得更快。结果,植入新探针的老鼠比对照组跑得快得多。
新的探测器还有一个显著的优势。探针中的超薄纤维经过热拉伸过程,可以拉伸到数百米长,从而切割成数百个实验探针,实现大规模生产。
总编辑圈
光控技术极大地促进了动物基因研究:将光控开关与动物基因结合起来,当动物发育时,光可以开启或阻断基因的表达。它对研究动物特别有用。如果麻省理工学院的三合一新探针像CRISPER一样容易使用,它就可以在大学实验中推广,动物大脑认知和发展的秘密也可以更快地被解开。凭借在这一领域的深厚积累,麻省理工学院有可能探索新的科研金矿。(记者聂)