微吸管使用靶向离子输送来激活单个神经元

林雪平大学的研究人员开发了一种新型移液管，可以将离子输送到单个神经元，而不会影响敏感的细胞外环境。控制不同离子的浓度可以提供关于单个脑细胞如何受到影响以及细胞如何协同工作的重要见解。移液管也可用于治疗。

他们的研究发表在Small杂志上。“从长远来看，这项技术可以非常精确地用于治疗癫痫等神经系统疾病，”林雪平大学教授Daniel Simon说。

人脑由大约850亿到1000亿个神经元组成。它也有大致相同数量的脑细胞，支持神经元功能，例如营养、氧气和愈合。这些细胞被称为神经胶质细胞，可以分为许多亚群。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，一个重要方面是两种环境之间不同类型离子的运输。例如，当钾离子浓度变化时，神经元会被激活。

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，还不清楚离子浓度的局部变化如何影响单个神经元和神经胶质细胞。

之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受到了干扰，很难知道是液体中的物质、压力的变化还是细胞外液体的旋转导致了这种活动。

为了解决这个问题，刘有机电子实验室的研究人员开发了一种直径仅为2微米的微量移液器。为了进行比较，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渗透微量移液器，研究人员只能将钾和钠等离子添加到细胞外环境中，以观察这对神经元的影响。还测量了胶质细胞，特别是星形胶质细胞的活性。

LOE助理教授Theresia Arbring-Sjöström说：“胶质细胞是构成大脑另一半化学物质的细胞，我们对此知之甚少，因为目前还没有精确激活这些细胞的方法，因为它们对电刺激没有反应。但神经元和胶质细胞都可以受到化学刺激。”。

实验在小鼠海马脑组织切片上进行。

Arbring-Sjöström说：“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，星形胶质细胞反应直接且非常动态。只有当这些细胞“饱和”时，神经细胞才会被激活。这突显了大脑中不同类型细胞之间的精细动态，这是其他技术无法做到的。”。

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稍微简化一下，你可以说移液管是通过加热玻璃管并将其拉到断裂点来制造的。这会产生一个非常薄的锥形尖端。这种类型的微量移液器通常用于神经科学，以产生和测量大脑中的电活动。

LiU研究人员的离子电子微量移液器的尖端填充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，它看起来与传统的微量移液器完全相同，并且以类似的方式进行控制。

丹尼尔·西蒙说：“优势在于，世界各地有数万人熟悉这个工具，知道如何处理它。希望这能让它更快地发挥作用。”。

下一步是使用微量移液器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药物的输送，并研究其对癫痫等神经系统疾病的影响。p