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加速神經(jīng)疾病新藥篩選,納米級新工具有何神通?

2017-04-13 來(lái)源:藥明康德  標簽: 掌上醫生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域,研究人員可以通過(guò)測量離子通道電流和細胞內電位的變化來(lái)揭示神經(jīng)元的健康程度、活性以及對藥物反應,這一細節信息是由于細胞內部和外部之間的離子濃度的差異而體現的。

  近日,一支來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)工程學(xué)院的團隊開(kāi)發(fā)出一種能夠精確記錄神經(jīng)元細胞電生理活動(dòng)的納米導線(xiàn)。這一新型納米材料技術(shù)有望可以成為篩選神經(jīng)疾病藥物的平臺,幫助研究人員更好地了解單個(gè)細胞在大面積神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )中的通信作用。該研究成果以論文形式發(fā)表在了2017年4月6日的美國化學(xué)學(xué)會(huì )(AmericanChemicalSociety)官方學(xué)術(shù)期刊《NanoLetters》上。

  該論文通訊作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布工學(xué)院(UCSDJacobsSchoolofEngineering)電氣工程教授ShadiDayeh博士表示:“我們正在開(kāi)發(fā)新型研究工具,使我們能夠深入了解大腦如何運作。”

  該論文研究作者之一、SanfordBurnhamPrebys醫學(xué)研究所化學(xué)基因組學(xué)中心的細胞生物學(xué)主任AnneBang博士也評論說(shuō):“我們設想這種納米線(xiàn)技術(shù)可用于干細胞來(lái)源的腦模型,以確定最有效的神經(jīng)疾病藥物。”

  在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域,研究人員可以通過(guò)測量離子通道電流和細胞內電位的變化來(lái)揭示神經(jīng)元的健康程度、活性以及對藥物反應,這一細節信息是由于細胞內部和外部之間的離子濃度的差異而體現的。這一先進(jìn)的測量技術(shù)對極微小電位變化敏感,并可以提供具有高信噪比的讀數。然而,這種方法卻是破壞性的:因為該技術(shù)操作破壞細胞膜,最終扼殺了細胞。它也局限于每次分析單個(gè)細胞,使得研究大型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )不切實(shí)際的,而恰恰這些神經(jīng)元是以大型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )形式自然排列在體內的。

  ShadiDayeh博士說(shuō)道:“現有的高靈敏度測量技術(shù)不能在體外培養的2維和3維組織樣結構中擴展。我們需要可以測量神經(jīng)元細胞網(wǎng)絡(luò )中快速且微小變化的納米技術(shù),這一方向的發(fā)展可以加速中樞和周?chē)?a target="_blank" href="http://m.qwdk666.com/yyzd/shenjinxitong/" name="InnerLinkKeyWord">神經(jīng)系統疾病的藥物開(kāi)發(fā)。”

  ShadiDayeh博士實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的納米導線(xiàn)技術(shù)是非破壞性的,可以同時(shí)測量多個(gè)神經(jīng)元的潛在變化,特別是也具備了目前現有技術(shù)水平所達到的高靈敏度和分辨率。該器件由硅納米導線(xiàn)陣列密集堆積一個(gè)小芯片上,同時(shí)其上面也具有涂覆有二氧化硅的鎳電極引線(xiàn)。納米導線(xiàn)戳入細胞內但卻不會(huì )損壞細胞,它們可以足夠敏感地測量低達幾毫伏極微小的潛在變化。研究人員使用這種納米導線(xiàn)記錄了從小鼠體內分離或從人類(lèi)誘導多能干細胞衍生的神經(jīng)元電生理活動(dòng)。這些神經(jīng)元在體外與納米導線(xiàn)陣列相接觸,存活并持續運作至少6周長(cháng)的時(shí)間。

  該技術(shù)的另一個(gè)創(chuàng )新特征是可以隔離每個(gè)納米導線(xiàn)所測得的電信號。Dayeh博士說(shuō):“這一大特征在現有納米導線(xiàn)技術(shù)中并不常見(jiàn)。一般來(lái)說(shuō),現有技術(shù)中幾根電線(xiàn)有交集,你無(wú)法區分每條導線(xiàn)所獲得的信號。”為了克服這一障礙,研究人員發(fā)明了一種新的晶圓接合方法將硅納米導線(xiàn)熔合到鎳電極上。這一方法涉及稱(chēng)為硅化的過(guò)程,其是將兩種固體(硅和另一種金屬)結合在一起而不熔化任何材料的反應。這個(gè)過(guò)程防止鎳電極與相鄰電極引線(xiàn)發(fā)生液化、擴散或短路。科研人員通常使用硅化物來(lái)與晶體管接觸,但這是第一次用來(lái)進(jìn)行圖案化晶片粘合。

  Dayeh博士指出,該技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化基于“器官芯片”(比如“大腦芯片”)上的藥物篩選途徑。他還表示,他的團隊正在努力將該技術(shù)的應用范圍擴展到“”心臟芯片“,進(jìn)行心臟疾病藥物篩選。

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