活体脑细胞(活体脑细胞怪物图鉴)
时间:2022-04-21 11:15:02
小编:前瞻网
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近日,有研究人员成功改造了活体小鼠的神经元,使其能够对超声波做出反应,从而使它们能够激活动物运动皮层中的细胞,并控制它们腿部的运动。研究者解释道,他们的技术也适用于培养皿中的人体细胞,并且有朝一日,可能会促进非侵入性起搏器和深部脑刺激传递系统的发展。
几年前,这项研究的作者Sreekanth Chalasani和他在索尔克研究所(Salk Institute)的同事合作,首次开发了使用超声波激活细胞的超声遗传学。在2015年的一篇论文中,该团队揭示了一种名为TRP-4的蛋白质——它通过调节带电离子在细胞膜上的运动,来控制细胞的活化——对超声波产生反应。
因此,他们设计了蛔虫细胞以包含TRP-4,并发现,团队能够使用超声波手动激活这些细胞。然而,当研究人员使用哺乳动物细胞重复实验时,却无法产生相同的结果。
而这次的新研究中,研究者着手确定可用于超声波激活哺乳动物细胞的类似蛋白质。为此,他们对人类胚胎肾(HEK)细胞进行了基因改造,使其表达一系列不同的蛋白质,然后再将它们暴露于超声波脉冲中。
在测试了总共191种不同的候选蛋白质后,研究作者指出,一种名为TRPA1的化合物,始终能引起细胞对超声波的反应。TRPA1有时被称为芥末受体(Wasabi receptor),与TRP-4相似,因为它是一种通道蛋白,这意味着它通过允许钙离子穿过细胞膜而在细胞活化中发挥作用。
在人类中,TRPA1通常会对疼痛、热和刺激物做出反应,引发咳嗽或流泪等反应。当表达这种蛋白质的HEK细胞暴露于超声波时,研究人员检测到钙离子通过通道流入,表明细胞活化。
为了深入研究,研究者对小鼠进行了基因改造,以在其运动皮层的神经元中表达TRPA1。用超声波脉冲这些啮齿动物,可以使它们移动右前肢和后肢,尽管左肢的运动发生的频率较低。
与此同时,研究人员在啮齿动物的声学改变脑细胞中检测到一种称为c-fos蛋白质(这是神经元活动的标志物)的增加,证实这些肢体运动确实是由超声波诱导的这些神经元。
研究者表示,目前已知超声波是安全的,它可以穿过骨骼、肌肉和其他组织,使其成为操纵身体深处细胞的终极工具。
题为Sonogenetic control of mammalian cells using exogenous Transient Receptor Potential A1 channels的相关研究论文发表在《自然-通讯》上。
前瞻经济学人APP资讯组
论文原文:
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28205-y
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