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      靈敏而特異的鉀納米傳感器可檢測癲癇發(fā)作
      
			
      
				2020-02-11 11:09:56
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      基礎科學研究院(韓國IBS)內的納米粒子研究中心的研究人員與中國浙江大學的合作者合作，報告了一種高度靈敏，特異的納米傳感器，該傳感器可以監(jiān)測經(jīng)歷癲癇的小鼠中鉀離子的動態(tài)變化。癲癇發(fā)作，表明它們的強度和起源于大腦。
      

      靈敏而特異的鉀納米傳感器可檢測癲癇發(fā)作
      

      癲癇病是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，伴有異常的腦部活動，引起癲癇發(fā)作或不正常的行為，感覺，有時甚至意識喪失。如果癲癇發(fā)作持續(xù)30分鐘或更長時間，則可能導致永久性腦損傷甚至死亡。眾所周知，需要技術來評估與癲癇相關的異常電活動的程度。
      

      主要研究目標之一是鉀(K +)離子。該離子影響神經(jīng)元內外膜之間的電位差，并影響神經(jīng)元固有的興奮性和突觸傳遞。盡管為改善K +傳感器的選擇性付出了巨大的努力，但由于目前可用的光學報告分子不能檢測鉀離子的細微變化，特別是在自由移動的動物中，它們仍不能令人滿意。此外，它們容易受到鈉離子的干擾，因為當脈沖沿著神經(jīng)細胞的膜傳遞時，Na +的流入很快就會跟隨K +的流出。在本研究中發(fā)表研究人員在《自然納米技術》雜志上報道了一種高度敏感和選擇性的K +納米傳感器，該傳感器可以監(jiān)測自由移動小鼠大腦不同部位K +的變化。
      

      新型納米傳感器是由多孔二氧化硅納米顆粒制成的，該納米顆粒被超薄的鉀可滲透膜屏蔽，該膜與腦細胞中的鉀通道非常相似?？椎拇笮H允許K +擴散進出，達到低至1.3微摩爾的檢測極限。這允許特定讀出亞細胞外K +的亞毫摩爾變化以及該離子在大腦中的空間定位。
      

      這項研究成功地證明，納米傳感器上的K +滲透膜過濾器可有效濾出其他陽離子并僅捕獲K +離子。這種納米傳感器的構建策略不僅將有助于神經(jīng)科學研究的科學發(fā)現(xiàn)和突破，而且還將有助于開發(fā)其他選擇性離子傳感器。
      

      通過在海馬CA3區(qū)使用這些納米傳感器，研究小組能夠報告活體小鼠癲癇發(fā)作的程度，并將其與腦電圖(EEG)記錄的神經(jīng)活動進行比較。
      

      為了進一步檢查納米傳感器是否能夠測量自由移動小鼠大腦的多個子區(qū)域中的K +，研究人員將納米傳感器注入了小鼠大腦的三個不同位置：海馬，杏仁核和皮層。在海馬體進行電刺激后，同時記錄注入位置的納米傳感器的腦電圖和光學響應。有趣的是，外部K +隨著時間的推移，局灶性癲癇發(fā)作中海馬濃度到杏仁核和皮質的濃度增加，而在全身性癲癇發(fā)作的三個大腦區(qū)域中濃度幾乎同時增加。這些結果與廣為接受的觀點一致，即海馬體中的電刺激首先涉及鄰近的大腦區(qū)域，然后傳播到整個大腦。
      

      IBS納米粒子研究中心主任(首爾國立大學特聘教授)Hyeon Taeghwan指出：“進一步開發(fā)這些納米傳感器可以促進診斷和治療，減少手術需求。理想情況下，這些納米傳感器可以還攜帶抗癲癇藥，以在癲癇發(fā)作的大腦的正確部位釋放。”
      
			

			
        
      
			
      
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