微珠允許超聲波更安全地刺激細胞

杜克大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種增強超聲遺傳學(xué)或超聲波調(diào)制的有效性和安全性的方法，這種新興技術(shù)利用聲波來控制單個神經(jīng)元的行為或促進組織生長和其他細胞的傷口愈合。

超聲波治療通常使用有針對性的超聲波來產(chǎn)生氣穴氣泡 - 氣泡快速振蕩的小氣球，當(dāng)它們爆裂時會拉伸附近的細胞膜。這種拉伸可以激活鈣離子通道，導(dǎo)致神經(jīng)元發(fā)射，或者可以指示身體的修復(fù)機制發(fā)動過度驅(qū)動。

但是，如果氣泡太大或太近，該技術(shù)可能會損壞或破壞附近的細胞。雖然這可能是癌癥治療等應(yīng)用中的理想結(jié)果，但超聲遺傳學(xué)的研究人員通常希望避免損傷。

在一項新的研究中，生物醫(yī)學(xué)工程師發(fā)現(xiàn)，通過將微珠連接到細胞表面的受體上，它們可以更安全地產(chǎn)生該技術(shù)的細胞伸展，鈣釋放效應(yīng)。

結(jié)果于2017年12月25日在美國國家科學(xué)院院刊上線發(fā)布。

杜克公司負責(zé)機械工程和材料科學(xué)的Anderson-Rupp教授說：“為了讓細胞膜上的離子通道和孔隙打開，你通常必須非常強大且非?？斓乩焖?。”“但我們發(fā)現(xiàn)，將微珠附著在細胞表面可以放大細胞在空洞過程中的反應(yīng)，并產(chǎn)生相同的結(jié)果，同時降低細胞損傷的風(fēng)險。”

當(dāng)力在液體中產(chǎn)生空隙時產(chǎn)生，空化氣泡可能足以對船舶螺旋槳造成嚴(yán)重損壞。雖然在醫(yī)療過程中產(chǎn)生的空化氣泡不是那么強，但它們?nèi)匀粫斐珊艽蟮膿p害。由于它們的速度和隨機性，很難研究它們對附近細胞的影響。

這項新研究是第一個使用鐘氏團隊于2015年建造的實驗平臺，用于研究聲波探測，每次都能在完全相同的位置可靠地產(chǎn)生串聯(lián)空化氣泡。通過將不同類型的細胞放置在距離氣泡不同的距離，研究人員可以開始探索細胞如何反應(yīng)的細節(jié)。

對于第一次使用該平臺的后續(xù)研究，鐘選擇了研究鈣信號。

“鈣信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)許多重要的細胞功能，如肌肉收縮，神經(jīng)溝通，基因轉(zhuǎn)錄和組織生長，”中國實驗室的博士后研究員，該研究的主要作者李芬芳說。“以前的研究表明，超聲遺傳學(xué)和聲波導(dǎo)致鈣反應(yīng)，可以使神經(jīng)元起火或促進其他細胞的愈合，所以我們想仔細看看。”

結(jié)果表明，空化氣泡實際上產(chǎn)生兩種類型的鈣響應(yīng)：慢波和快波。但最有趣的是，該研究表明，附著在細胞表面的微珠可以捕獲一些氣泡的能量，因此它們會拖拽膜的表面。這樣可以從較慢，較軟的波浪中提供更多的局部變形和更強的鈣響應(yīng)。

“這種策略可以刺激細胞與空化氣泡保持安全距離，”鐘說。“這種方法應(yīng)該使研究人員更容易在人類治療中安全地使用超聲遺傳學(xué)。”

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