▎药明康德内容团队编辑超声波与纳米技术的结合，为神经调控带来新突破！近期，香港理工大学生物医学工程系侯璇迪等人在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上发表题为“Nanobubble-actuated ultrasound neuromodulation for selectively shaping behavior in mice”的文章，利用低强度超声驱动生物源性纳米气体囊泡靶向刺激小鼠不同脑区，实现对小鼠运动行为的调控，并改善抑郁小鼠症状。经颅超声神经刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation, TUS）是一种极具潜力的新一代神经调控技术。经颅超声可以无创地穿过颅骨并聚焦在深脑毫米级区域，在人脑功能研究和疾病治疗中展现了巨大的潜力。如何实现精准的超声神经调控，是目前重要的研究方向。目前正在发展的方法包括超声声遗传学、超声热遗传学等。本文则提供了一种无需转基因的新方法。“气体囊泡”（gas vesicles，GVs）是一种可被基因编码，富含气体的独特蛋白质纳米结构，主要在水栖光合生物中表达，帮助这些生物调节浮力。GVs具有独特的声学特性，近年的系列研究展示了其在超声分子影像中的巨大潜力，被认为是超声成像中的“荧光蛋白”。GVs在超声波声场中会产生振动，研究人员曾利用这一现象，将超声能量集中在GVs附近，从而利用较低的超声强度实现了对深脑区的靶向激活1。最新的研究结果表明，纳米气泡协同低强度超声（PGVs+US）可实现亚毫米区域神经激活，用于调控两个相邻的深部脑区，进而诱发小鼠产生不同的运动行为（冻结或旋转）。此外，该技术还可用于神经疾病的治疗，通过靶向激活中缝背核（DRN）中的5-HT神经元改善了小鼠抑郁样行为2。▲a) 实验原理图，PGVs 介导超声波激活神经元机械敏感离子通道；b) PGVs+US刺激引发细胞内钙信号（Fluo 4）荧光成像。（图片来源：参考资料[2]）▲a) 小鼠头部的超声刺激装置；b) 显示 Saline+（左）或 PGVs+（右）小鼠运动轨迹；c) 同一 PGVs+ 小鼠在超声刺激之前（左）运动和期间（右）的静止图像；d) 记录小鼠在超声之前、期间和之后的运动轨迹；e)小鼠在悬尾试验（TST）期间的不动时间；f）小鼠在强迫游泳测试（FST）期间的不动时间。（图片来源：参考资料[2]）这项研究为微创、精准的神经调节提供了新思路，有望为神经科学和脑疾病治疗带来革新。香港理工大学生物医学工程学系孙雷教授为该论文的通讯作者，侯璇迪博士和博士生景佳宁为该论文共同第一作者。[1] Hou X, et al. Precise ultrasound neuromodulation in a deep brain region using nano gas vesicles as actuators. Advanced Science (2021)[2] Hou X, et al. Nanobubble-actuated ultrasound neuromodulation for selectively shaping behavior in mice. Nature Communications (2024)本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系[email protected]。
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