動態(tài)監(jiān)測腦組織中的抑制性神經信號，有望推進阿爾茲海默癥和癲癇癥等神經退行性疾病的發(fā)病機理的研究及診療方案的確立。
據麥姆斯咨詢介紹，中國科學院過程工程研究所研究員白碩團隊聯合首都師范大學、北京大學、北京腦科學與類腦研究所等機構的科研人員，開發(fā)出新型液/液界面超微離電器件（L/L UIs），在阿爾茨海默模型小鼠和癲癇模型大鼠腦內等活體上，對非電化學活性的氯離子（Cl?）實現了高靈敏、抗干擾、可逆、實時動態(tài)追蹤，初步實現了對抑制性神經信號的動態(tài)監(jiān)測。這一成果為在腦組織內實現非電化學活性物質的追蹤以及抑制性神經信號監(jiān)測提供了新思路。相關研究成果發(fā)表在《科學進展》（Science Advances）上。
抑制性神經信號動態(tài)監(jiān)測對于探討大腦平衡機制具有重要意義，有望揭示神經抑制在神經網絡調節(jié)、神經退行性疾病中的作用。由于抑制性神經信號較弱、復雜且與興奮性信號交織在一起，實時監(jiān)測抑制性神經信號是重要的技術挑戰(zhàn)。神經抑制信號監(jiān)測可以通過追蹤參與神經抑制過程的Cl?等關鍵物質來實現。而Cl?在生理環(huán)境下為非電化學活性物質，較難發(fā)生基于電子轉移的氧化還原反應，因此難以在生理環(huán)境下對其實現動態(tài)監(jiān)測，限制了抑制性神經信號監(jiān)測。
以電子為信號載體的傳統電子器件僅能發(fā)生固/液界面上的電子轉移反應。而離電器件以離子作為信號載體，與組織之間形成的液/液界面上能夠發(fā)生電子轉移，并能夠發(fā)生離子轉移。該研究在腦組織中構筑超微液/液界面，將設計的可識別Cl?的雙硫脲離子載體修飾在界面處，并將填充有機凝膠的超微玻璃電極尖端植入，構筑出用于生理環(huán)境下監(jiān)測Cl?的超微液/液界面離電器件。研究在生理環(huán)境下對非電化學活性的Cl?實現了高靈敏、抗干擾、可逆、實時的動態(tài)追蹤。
進一步，研究將L/L UIs精準植入到阿爾茨海默模型小鼠和癲癇模型大鼠的海馬體、紋狀體及皮層等特定腦區(qū)中，剖析不同腦區(qū)之間Cl?濃度的差異。通過在阿爾茨海默模型小鼠的活體腦內動態(tài)追蹤Cl?，L/L UIs證明了在神經抑制過程中發(fā)揮重要作用的鉀-氯-共轉運體2對腦內的Cl?濃度具有調控作用。
動態(tài)監(jiān)測神經性和抑制性信號有望揭示神經活動的調控機制，為神經疾病的早期診斷、個性化治療及腦機接口技術提供關鍵依據。
該研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、北京市自然科學基金等的支持。
L/L UIs用于嚙齒動物活體腦內氯離子的動態(tài)追蹤
DOI: 10.1126/sciadv.adr7218
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