加速神經(jīng)疾病新藥篩選，納米級(jí)新工具有何神通？

2017-04-13 來(lái)源：藥明康德標(biāo)簽：掌上醫(yī)生喝茶減肥一天瘦一斤安全減肥 cps聯(lián)盟美容護(hù)膚

摘要：在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，研究人員可以通過(guò)測(cè)量離子通道電流和細(xì)胞內(nèi)電位的變化來(lái)揭示神經(jīng)元的健康程度、活性以及對(duì)藥物反應(yīng)，這一細(xì)節(jié)信息是由于細(xì)胞內(nèi)部和外部之間的離子濃度的差異而體現(xiàn)的。

　　近日，一支來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）工程學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種能夠精確記錄神經(jīng)元細(xì)胞電生理活動(dòng)的納米導(dǎo)線。這一新型納米材料技術(shù)有望可以成為篩選神經(jīng)疾病藥物的平臺(tái)，幫助研究人員更好地了解單個(gè)細(xì)胞在大面積神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的通信作用。該研究成果以論文形式發(fā)表在了2017年4月6日的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（AmericanChemicalSociety）官方學(xué)術(shù)期刊《NanoLetters》上。

　　該論文通訊作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校雅各布工學(xué)院（UCSDJacobsSchoolofEngineering）電氣工程教授ShadiDayeh博士表示：“我們正在開發(fā)新型研究工具，使我們能夠深入了解大腦如何運(yùn)作。”

　　該論文研究作者之一、SanfordBurnhamPrebys醫(yī)學(xué)研究所化學(xué)基因組學(xué)中心的細(xì)胞生物學(xué)主任AnneBang博士也評(píng)論說(shuō)：“我們?cè)O(shè)想這種納米線技術(shù)可用于干細(xì)胞來(lái)源的腦模型，以確定最有效的神經(jīng)疾病藥物。”

　　在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，研究人員可以通過(guò)測(cè)量離子通道電流和細(xì)胞內(nèi)電位的變化來(lái)揭示神經(jīng)元的健康程度、活性以及對(duì)藥物反應(yīng)，這一細(xì)節(jié)信息是由于細(xì)胞內(nèi)部和外部之間的離子濃度的差異而體現(xiàn)的。這一先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)對(duì)極微小電位變化敏感，并可以提供具有高信噪比的讀數(shù)。然而，這種方法卻是破壞性的：因?yàn)樵摷夹g(shù)操作破壞細(xì)胞膜，最終扼殺了細(xì)胞。它也局限于每次分析單個(gè)細(xì)胞，使得研究大型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不切實(shí)際的，而恰恰這些神經(jīng)元是以大型神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)形式自然排列在體內(nèi)的。

　　ShadiDayeh博士說(shuō)道：“現(xiàn)有的高靈敏度測(cè)量技術(shù)不能在體外培養(yǎng)的2維和3維組織樣結(jié)構(gòu)中擴(kuò)展。我們需要可以測(cè)量神經(jīng)元細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中快速且微小變化的納米技術(shù)，這一方向的發(fā)展可以加速中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物開發(fā)。”

　　ShadiDayeh博士實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的納米導(dǎo)線技術(shù)是非破壞性的，可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)神經(jīng)元的潛在變化，特別是也具備了目前現(xiàn)有技術(shù)水平所達(dá)到的高靈敏度和分辨率。該器件由硅納米導(dǎo)線陣列密集堆積一個(gè)小芯片上，同時(shí)其上面也具有涂覆有二氧化硅的鎳電極引線。納米導(dǎo)線戳入細(xì)胞內(nèi)但卻不會(huì)損壞細(xì)胞，它們可以足夠敏感地測(cè)量低達(dá)幾毫伏極微小的潛在變化。研究人員使用這種納米導(dǎo)線記錄了從小鼠體內(nèi)分離或從人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的神經(jīng)元電生理活動(dòng)。這些神經(jīng)元在體外與納米導(dǎo)線陣列相接觸，存活并持續(xù)運(yùn)作至少6周長(zhǎng)的時(shí)間。

　　該技術(shù)的另一個(gè)創(chuàng)新特征是可以隔離每個(gè)納米導(dǎo)線所測(cè)得的電信號(hào)。Dayeh博士說(shuō)：“這一大特征在現(xiàn)有納米導(dǎo)線技術(shù)中并不常見(jiàn)。一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中幾根電線有交集，你無(wú)法區(qū)分每條導(dǎo)線所獲得的信號(hào)。”為了克服這一障礙，研究人員發(fā)明了一種新的晶圓接合方法將硅納米導(dǎo)線熔合到鎳電極上。這一方法涉及稱為硅化的過(guò)程，其是將兩種固體（硅和另一種金屬）結(jié)合在一起而不熔化任何材料的反應(yīng)。這個(gè)過(guò)程防止鎳電極與相鄰電極引線發(fā)生液化、擴(kuò)散或短路?？蒲腥藛T通常使用硅化物來(lái)與晶體管接觸，但這是第一次用來(lái)進(jìn)行圖案化晶片粘合。

　　Dayeh博士指出，該技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化基于“器官芯片”（比如“大腦芯片”）上的藥物篩選途徑。他還表示，他的團(tuán)隊(duì)正在努力將該技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到“”心臟芯片“，進(jìn)行心臟疾病藥物篩選。

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