可以激活单个神经元的移液管

瑞典Linkping大学的研究人员已经开发出一种新型移液管，可以在不影响敏感的细胞外环境的情况下将离子输送到单个神经元。控制不同离子的浓度可以为了解单个脑细胞如何受到影响以及细胞如何协同工作提供重要的见解。移液管也可用于治疗。他们的研究发表在《小》杂志上。

　　

林雪平大学的研究人员已经开发出一种新型移液管，可以在不影响敏感的细胞外环境的情况下将离子输送到单个神经元。控制不同离子的浓度可以为了解单个脑细胞如何受到影响以及细胞如何协同工作提供重要的见解。移液管也可用于治疗。

“从长远来看，这项技术可以用于治疗神经系统疾病，如癫痫，精度极高，”Daniel Simon教授说。

人类大脑由大约850到1000亿个神经元组成。它也有大致相同数量的脑细胞来支持神经元的功能，例如营养，氧气和愈合。这些细胞被称为神经胶质细胞，可分为许多亚群。在细胞之间有一个充满液体的空间，称为细胞外环境。

细胞内外环境的差异对细胞功能很重要其中一个重要方面是不同类型离子在两种环境之间的运输。例如，当钾离子浓度发生变化时，神经元就会被激活。

众所周知，整个细胞外环境的变化会影响神经元活动，从而影响大脑活动。然而，到目前为止，还不知道局部离子浓度的变化如何影响单个神经元和神经胶质细胞。

以前改变细胞外环境的尝试主要涉及泵入某种形式的液体。但这意味着微妙的生化平衡被打乱了，很难知道是液体中的物质、改变的压力还是周围旋转的细胞外液导致了这种活动。

为了解决这个问题，有机电子实验室（LOE）的研究人员开发了一种直径仅为2微米（?m）的微移液管。相比之下，人类头发的直径为50微米，神经元的直径约为10微米。

使用这种所谓的离子微移液管，研究人员可以只向细胞外环境中添加离子，如钾和钠，以观察这对神经元的影响。神经胶质细胞，特别是星形胶质细胞，活性也被测量。

“神经胶质细胞是构成大脑另一半化学成分的细胞，我们对此知之甚少，因为没有办法精确地激活这些细胞，因为它们对电刺激没有反应。但是神经元和神经胶质细胞都可以被化学刺激，”助理教授特Theresia Arbring Sjöström说。

实验在小鼠海马脑组织切片上进行。

“神经元对离子浓度变化的反应没有我们最初预期的那么快。然而，星形胶质细胞的反应是直接和动态的。只有当这些“饱和”时，神经细胞才会被激活。这突出了大脑中不同类型细胞之间的微调动态，这是其他技术无法做到的，”Theresia Arbring Sjöström说。

稍微简化一点，你可以说移液管是通过加热玻璃管并将其拉到破裂点来制造的。这产生了一个非常细和锥形的尖端。这种类型的微移液管通常用于神经科学，以产生和测量大脑中的电活动。刘研究人员的离子电子微移液管的尖端充满了一种特殊的离子交换膜，这使得通过化学手段产生活性成为可能。除此之外，它看起来和传统的微移液器一模一样，控制方式也很相似。

“它的优势在于，全世界有成千上万的人熟悉这个工具，知道如何使用它。希望这将使它早日发挥作用。”

下一步是使用微移液管继续研究健康和患病脑组织中的化学信号。研究人员还希望开发医疗药物的输送方式，并研究其对癫痫等神经系统疾病的影响。

Miniaturized Iontronic Micropipettes for Precise and Dynamic Ionic Modulation of Neuronal and Astrocytic Activity