“神經(jīng)弦”實(shí)時(shí)偵聽大腦與腸道對話

據(jù)英國《自然》雜志近日公開的一篇材料科學(xué)論文，美國斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)描述了一種模擬組織的傳感器，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)測大腦與腸道的神經(jīng)遞質(zhì)。研究人員通過研究小鼠的腸道—大腦交流，表明了這種傳感器的能力。該設(shè)備或有望實(shí)現(xiàn)其他身體柔軟器官的生物分子傳感。

神經(jīng)遞質(zhì)在人體內(nèi)各種過程和系統(tǒng)中起到重要作用，監(jiān)測其動力學(xué)對于理解神經(jīng)元及其目標(biāo)間交流十分重要。但在活體動物和人類體內(nèi)研究生物化學(xué)信號傳輸?shù)墓ぞ呷允钟邢耷也话l(fā)達(dá)。目前的探針通常堅(jiān)硬易碎，導(dǎo)致早期設(shè)備故障或嚴(yán)重炎癥反應(yīng)，特別是在一直活動的器官如大腦與腸道中。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，斯坦福大學(xué)鮑哲南、陳曉科及其同事設(shè)計(jì)了一種柔性可延展、基于石墨烯的電化學(xué)傳感器，命名為“神經(jīng)弦”，可同時(shí)并針對性地實(shí)時(shí)檢測大腦和腸道內(nèi)的多種神經(jīng)遞質(zhì)。研究人員發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)弦可檢測小鼠神經(jīng)遞質(zhì)信號長達(dá)16周，展現(xiàn)出優(yōu)越的長期神經(jīng)化學(xué)檢測穩(wěn)定性。

在一個(gè)概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用神經(jīng)弦傳感器檢測喂食小鼠巧克力之后，大腦和腸道神經(jīng)遞質(zhì)濃度的變化。兒茶酚胺和5-羥色胺都是參與調(diào)控認(rèn)知過程和腸道功能的重要神經(jīng)遞質(zhì)。他們檢測到攝入巧克力數(shù)秒之后兒茶酚胺在腦中釋放，觀察到結(jié)腸內(nèi)5-羥色胺在30—60分鐘內(nèi)增加，與食物通過胃腸道的典型運(yùn)送時(shí)間一致。這一結(jié)果表明了使用神經(jīng)弦了解神經(jīng)遞質(zhì)機(jī)制及其在腦-腸軸中作用的潛力。

神經(jīng)弦的進(jìn)一步研發(fā)計(jì)劃旨在使其能夠以更好的選擇性檢測不同分子。研究人員總結(jié)說，結(jié)合其卓越的生物相容性和靈敏度，神經(jīng)弦平臺或可成為在靈長動物體內(nèi)研究各種信號傳遞生物分子和電生理信號的有力工具。

生命是柔軟的，而目前在生命科學(xué)領(lǐng)域，絕大多數(shù)的研究工具是堅(jiān)硬的。這些剛性的研究工具，難以完全滿足生命科學(xué)的研究需求。可以設(shè)想，植入體內(nèi)監(jiān)測生物化學(xué)信號的傳感器，如果是個(gè)堅(jiān)硬的物體，在應(yīng)用中顯然很容易與生命體格格不入而出現(xiàn)各種問題。隨著柔性材料、柔性電子成為科研熱點(diǎn)，許多新研發(fā)出的柔性研究工具，可以很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)工具之不足。比如像創(chuàng)可貼一樣的柔性芯片，可以隨時(shí)貼在皮膚上監(jiān)測生命信號，上述研究也是一個(gè)很好的范例。