利用X射线对神经元进行无线调制,可以减轻脑部患者的痛苦

   绕波特        

科学家发现了用X射线对神经元进行无线调制的方法,该方法可以改善脑部疾病患者的生活。全球许多人患有与运动有关的脑部疾病。癫痫病患者超过5000万、震颤4000万、帕金森氏症一千万。


由美国能源部(DOE)的阿贡国家实验室,和四所大学的研究人员,发明的一种新疗法,可能有一天会减轻某些脑部疾病患者的痛苦。这种治疗是基于光学和遗传学上的突破。它不仅适用于与运动有关的脑部疾病,而且还适用于慢性抑郁和疼痛。


利用X射线对神经元进行无线调制,可以减轻脑部患者的痛苦


通过使用小型X射线机,我们的高精度无创方法可能会成为日常工作,而这种X射线机通常在每个牙科诊所都可以使用。


这种新的治疗方法包括通过注射的纳米粒子刺激大脑深处的神经元,当纳米粒子暴露于X射线(纳米闪烁体)时会亮起,从而消除了目前正在使用的侵入性脑部手术。


使用小型X射线机可以使我们的高精度无创方法成为日常工作,而这种X射线机通常在每个牙科诊所都可以使用。 美国能源部科学使用者设施办公室。


当无法选择常规药物治疗时,传统的深部脑刺激需要针对疾病的侵入性神经外科手术。在美国食品药品监督管理局批准的传统手术中,外科医生在皮肤下植入经过校准的脉冲发生器(类似于起搏器)。


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然后,他们用一根绝缘的延长线将其连接到插入大脑特定区域的电极上,以刺激周围的神经元并调节异常冲动。


15年前,科学家引入了一种革命性的神经调节技术,即光遗传学,该技术依赖于大脑中特定神经元的基因修饰。这些神经元在大脑中创建一个光敏离子通道,从而响应外部激光而发射光。然而,这种方法需要将非常细的光纤线植入大脑中,并且激光穿过生物组织的穿透深度有限。


该小组的另一种光遗传学方法是将纳米闪烁体绕过植入式电极或光导纤维注入脑部。它们具有更高的穿透生物组织屏障的能力,因此代替了X射线。


注入的纳米粒子吸收X射线能量并将其转换为红光,其穿透深度比蓝光大得多。


因此,纳米粒子充当内部光源,使我们的方法无需导线或电极即可工作。由于该小组的方法既可以刺激也可以平息目标区域,因此除脑部疾病外,它还具有其他用途。例如,它可能适用于心脏问题和其他受损的肌肉。


在APS光束线(20-BM)处确定纳米颗粒样品的X射线激发的光学发光。结果表明,该颗粒在数月内以及在反复暴露于高强度X射线下都极为稳定。


接下来,阿贡(Argonne)向马里兰大学(University of Maryland)发送了CNM制备的纳米闪烁体,用于小鼠实验。马里兰大学的团队使用小型便携式X射线机进行了两个月的测试。结果证明该程序按计划进行。


最终,马里兰大学的研究小组将动物大脑送去使用Argonne科学家进行的X射线荧光显微镜表征。这项分析是由Olga Antipova在APS的Microprobe光束线(2-ID-E)上以及蔡厚厚在CNM和APS共同操作的Hard X射线纳米探针(26-ID)上进行的。


这种多仪器的排列方式,使得可以看到微小颗粒以数十纳米的超分辨率驻留在复杂的大脑组织环境中。


它还可以在微观上可视化靠近和远离注射部位的神经元。结果证明纳米闪烁体在化学和生物学上是稳定的。它们不会从注射部位徘徊或降解。


样品制备在这些类型的生物学分析中极为重要。 Antipova得到了金巧玲和刘雪丽的协助,他们以珠宝商般的精确度准备了只有几微米厚的大脑切片。


医学上的光遗传学引起了广泛的商业兴趣。尽管仍处于概念验证阶段,小型X射线机的正在申请专利的无线方法应具有光明的前景。


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