鮑哲南最新研究又雙叒叕登上Nature

【導讀】

?人體內的軟組織和器官是高度活躍的生化系統，其中包括神經遞質和激素等生物分子，精確地控制著各種生物過程。監測神經遞質的動態對于了解神經元與其目標之間的交流以及制定治療性神經調節策略至關重要。在中樞神經系統 (CNS) 中，單胺類物質，包括多巴胺 (DA) 和血清素 (5-HT)，參與了情緒、覺醒和記憶等認知過程的調節。失調的單胺信號傳導是許多精神和神經系統疾病的共同特征，包括成癮、重度抑郁癥和帕金森病。在中樞神經系統之外，胃腸 (GI) 系統中的 5-HT 占人體 5-HT 的 95%，并密切調節腸道功能和微生物群，是腸腦通訊系統的重要組成部分。因此，人們對監測 CNS 和 GI 系統中單胺的動態非常感興趣。然而，用于監測體內神經遞質動態的生物電子工具，特別是在腸神經系統中的動態，尚不發達。這主要是由于能夠檢查柔軟、復雜和活躍的器官的生物傳感工具的可用性有限。

【成果掠影】

近日，斯坦福大學鮑哲南教授聯合陳曉科教授介紹了一種稱為 NeuroString 的組織模擬、可拉伸、神經化學生物傳感器，它是通過將金屬絡合聚酰亞胺激光圖案化成嵌入彈性體中的互連石墨烯/納米粒子網絡來制備的。NeuroString 傳感器允許在行為小鼠的大腦中進行長期的體內實時、多通道和多路復用單胺傳感，以及測量腸道中的血清素動態，而不會產生不希望的刺激和擾動的蠕動運動。相關成果以“A tissue-like neurotransmitter sensor for the brain and gut”為題發表在Nature上。

【數據概況】

圖 1：NeuroString 用于感知大腦和腸道中的神經遞質。

圖 2：NeuroString 電極在溶液中的電化學傳感性能。

圖 3：大腦中的神經化學感應。

圖 4：GI 系統中的神經化學傳感。

【成果啟示】

總之，作者通過開發一種基于石墨烯-彈性體復合材料的傳感器，證明了 NeuroString 作為一種軟生物電子接口，在活體動物的大腦和腸道中監測單胺類神經遞質的動態，包括 DA 和 5-HT。具有組織樣的機械特性，NeuroString可以與胃腸道黏膜急性連接，并與傳統的醫療檢查設備兼容，如內窺鏡，用于無創生物分子監測。NeuroString 允許小鼠中樞神經系統長期穩定和多重神經化學傳感。在胃腸道中，NeuroString 的拉伸性和柔軟性提供了與腸道組織的高順應性，而不會干擾腸道的蠕動運動，也不會引起不必要的刺激。NeuroString 獨特的彈性特性使其適用于同時監測來自中樞和外周神經系統的神經遞質信號，并可能解決當前研究腸道化學動力學及其與微生物相互作用的技術限制。

該傳感器進一步的開發將致力于使用微加工/納米加工提高傳感器的空間分辨率，通過結合不同的分子識別探針來提高其選擇性和多重性，并最終將其與無線電子設備集成并驗證其長期植入性能。結合石墨烯表面化學提供的優異機械性能和化學傳感的多功能性，預測 NeuroString 平臺將很容易適應研究靈長類動物全身各種信號生物分子和電生理信號的動力學。

參考文獻：Li, J., Liu, Y., Yuan, L. et al. A tissue-like neurotransmitter sensor for the brain and gut. Nature 606, 94–101 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04615-2