芝加哥大学化学家Bozhi Tian一直在研究如何用光控制生物学

医学2020-09-23 16:31:20
导读一项长期的科学目标是充当研究人员与身体之间的接口的设备,既是一种了解细胞彼此之间以及彼此之间如何对话的方式,最终又可以通过刺激神

一项长期的科学目标是充当研究人员与身体之间的接口的设备,既是一种了解细胞彼此之间以及彼此之间如何对话的方式,最终又可以通过刺激神经以治疗大脑或神经系统疾病。火或四肢移动。硅(一种用于太阳能电池板和外科植入物的多功能,生物相容性材料)是自然的选择。

在4月30日发表于《自然生物医学工程》上的一篇论文中,Tian的团队提出了一种设计原理系统,用于与硅一起控制生物的三个层次-从细胞内的单个细胞器到组织再到整个肢体。该小组已经在细胞或小鼠模型中证明了每种模型,包括任何人第一次使用光来控制行为而不进行基因修饰。

化学系助理教授田说:“我们希望这可以作为一个地图,您可以在其中确定要研究的问题,并立即找到解决该问题的正确材料和方法。”

科学家的地图提供了根据预期任务和规模(从细胞内部到整个动物)制造硅器件的最佳方法。

例如,为了影响单个脑细胞,可以通过发射微小的离子电流来制造硅,从而对光做出反应,从而促使神经元激发。但是,为了刺激四肢,科学家需要一个信号可以传播得更远且更强的系统,例如镀金的硅材料,其中的光会触发化学反应。

植入物的机械性能也很重要。说研究人员想用大脑的更大部分(例如皮质)来控制运动。大脑是一种柔软的,柔软的物质,因此他们需要一种类似的柔软而有弹性的材料,但它可以紧紧地粘在表面上。设计原理说,他们想要薄而有花边的硅。

该团队赞成这种方法,因为它不需要基因改造或连接电源,因为硅可以制成本质上很小的太阳能电池板。(许多其他形式的监视或与大脑交互的方式都需要有电源,并且保持电线伸入患者体内有感染的危险。)

他们在小鼠中测试了这种概念,发现它们可以通过将光照射到大脑植入物上来刺激肢体运动。先前的研究在神经元中测试了该概念。

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