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发布日期：2024-08-22 作者：开博
人脑疾病，如帕金森病，触及多个脑区的毁伤，是以需要新的神经调控手艺，可以或许切确且矫捷地同时调控所有受影响的脑区。
近日，美国圣路易斯华盛顿年夜学传授陈红团队在美国《国度科学院院刊》颁发论文，他们建立了“艾里束全息声遗传手艺”（AhSonogenetics）, 开辟出一种将全息声学装备与基因工程连系的非侵入性手艺，能切确地将超声波对准年夜脑中受影响的神经元，经由过程切确调理多个得病脑区中特定细胞到达医治目标。在针对帕金森病小鼠的医治尝试中，研究人员已获得了较着的结果。
艾里束全息声遗传手艺（AhSonogenetics）概念图。受访者供图
“把持”超声波束聚焦病开博体育区
2021年，陈红团队提作声遗传学，经由过程将包括超声波敏感离子通道的病毒构建体传递到年夜脑中颠末基因选择的神经元，用低强度聚焦超声波来传递少许的热量，从而打开离子通道并激活神经元。
“我们在神经元中发现了感触感染超声波的离子通道，进而注释了该手艺的潜伏机理。”陈红说。
艾里波束（Airy beam）由英国皇家天文学家乔治 比德尔 艾里爵士提出，是一种非凡的自曲折波束，它具有非衍射、自加快和自愈的特点。
“艾里波束的特点为超声束把持供给了机遇。”论文作者之1、圣路易斯华盛顿年夜学博士后杨垚亨告知《中国科学报》。2022 年，该团队设计并经由过程 3D 打印手艺，制造出一种声学全息透镜来生成超声艾里波束，实现了慎密且矫捷的 3D 聚焦。
声遗传学为研究人员供给了一种切确节制年夜脑的方式，而Airy beam手艺使研究人员可以或许曲折或指导声波，在年夜脑内部生成肆意波束图案，并具有高空间分辩率。
“AhSonogenetics将这两项手艺连系起来，成为干涉干与神经退行性疾病的潜伏方式。”论文第一作者、北京航空航天年夜学医学科学与工程学院副传授胡中韬说，“该手艺比传统手艺更切确地定位更小的年夜脑区域，具有指导到分歧方针脑区的矫捷性，并可以或许同时靶向多个毁伤脑区。”
帕金森病医治初见成效
为评估艾里束全息声遗传手艺在医治帕金森病方面的潜力，研究人员设计出一种“艾里束全息声透镜”来生成双核心，用在双边靶向小鼠年夜脑背侧纹状体。
“钙勾当是小鼠体内指神经细胞激活的主要旌旗灯号。”杨垚亨说，“我们经由过程光纤光度测定将艾里束全息声遗传手艺与小鼠体内钙记实集成，记实了小鼠年夜脑在左边或右边纹状体的超声刺激时代左边和右边纹状体的钙勾当。”
另外，该团队还设计出利用艾里束全息超概况的可穿着超声装备，用在自由移动小鼠的无植入、细胞亚型特异性、空间切确且矫捷的神经调理。研究人员将含有超声波敏感离子通道的病毒构建体传递到基因选择的神经元中。然后操纵可穿着装备经由过程低强度聚焦超声波向年夜脑当选定的神经元传递少许热量。
“比体温高几度的热量激活了该离子通道，让通道充任打开或封闭神经元的开关。”杨垚亨说，“得了帕金森疾病的老鼠表示为步履缓慢，勾当频率降落，我们在尝试时发现，艾里束全息声遗传手艺可以帮忙帕金森模子小鼠提高活动方面的积极性，提高勾当频率。”
“艾里束全息声透镜不但能生成两个核心，其现实上可以调理生成肆意图样的超声波聚焦。”杨垚亨弥补说，“对帕金森疾病的医治只是其功能的一个展现，今后可以针对分歧的脑疾病，定制分歧的声学图样，靶向在各个疾病脑区以加强医治结果。”
相干论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2402200121
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