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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(chǔ)科學(xué)研究院(韓國IBS)內(nèi)的納米粒子研究中心的研究人員與中國浙江大學(xué)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(qiáng)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(dǎo)致永久性腦損傷甚至死亡。眾所周知，需要技術(shù)來評估與癲癇相關(guān)的異常電活動的程度。
        

        主要研究目標(biāo)之一是鉀(K +)離子。該離子影響神經(jīng)元內(nèi)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(xué)報告分子不能檢測鉀離子的細(xì)微變化，特別是在自由移動的動物中，它們?nèi)圆荒芰钊藵M意。此外，它們?nèi)菀资艿解c離子的干擾，因為當(dāng)脈沖沿著神經(jīng)細(xì)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(shù)》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(xì)胞中的鉀通道非常相似?？椎拇笮H允許K +擴(kuò)散進(jìn)出，達(dá)到低至1.3微摩爾的檢測極限。這允許特定讀出亞細(xì)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(gòu)建策略不僅將有助于神經(jīng)科學(xué)研究的科學(xué)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(jìn)行比較。
        

        為了進(jìn)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(jìn)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(xué)響應(yīng)。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(zhì)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(jié)果與廣為接受的觀點(diǎn)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(xué)特聘教授)Hyeon Taeghwan指出：“進(jìn)一步開發(fā)這些納米傳感器可以促進(jìn)診斷和治療，減少手術(shù)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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