鲍哲南最新研究又双叒叕登上Nature

【导读】

人体内的软组织和器官是高度活跃的生化系统，其中包括神经递质和激素等生物分子，精确地控制着各种生物过程。监测神经递质的动态对于了解神经元与其目标之间的交流以及制定治疗性神经调节策略至关重要。在中枢神经系统 (CNS) 中，单胺类物质，包括多巴胺 (DA) 和血清素 (5-HT)，参与了情绪、觉醒和记忆等认知过程的调节。失调的单胺信号传导是许多精神和神经系统疾病的共同特征，包括成瘾、重度抑郁症和帕金森病。在中枢神经系统之外，胃肠 (GI) 系统中的 5-HT 占人体 5-HT 的 95%，并密切调节肠道功能和微生物群，是肠脑通讯系统的重要组成部分。因此，人们对监测 CNS 和 GI 系统中单胺的动态非常感兴趣。然而，用于监测体内神经递质动态的生物电子工具，特别是在肠神经系统中的动态，尚不发达。这主要是由于能够检查柔软、复杂和活跃的器官的生物传感工具的可用性有限。

【成果掠影】

近日，斯坦福大学鲍哲南教授联合陈晓科教授介绍了一种称为 NeuroString 的组织模拟、可拉伸、神经化学生物传感器，它是通过将金属络合聚酰亚胺激光图案化成嵌入弹性体中的互连石墨烯/纳米粒子网络来制备的。NeuroString 传感器允许在行为小鼠的大脑中进行长期的体内实时、多通道和多路复用单胺传感，以及测量肠道中的血清素动态，而不会产生不希望的刺激和扰动的蠕动运动。相关成果以“A tissue-like neurotransmitter sensor for the brain and gut”为题发表在Nature上。

【数据概况】

图 1：NeuroString 用于感知大脑和肠道中的神经递质。

图 2：NeuroString 电极在溶液中的电化学传感性能。

图 3：大脑中的神经化学感应。

图 4：GI 系统中的神经化学传感。

【成果启示】

总之，作者通过开发一种基于石墨烯-弹性体复合材料的传感器，证明了 NeuroString 作为一种软生物电子接口，在活体动物的大脑和肠道中监测单胺类神经递质的动态，包括 DA 和 5-HT。具有组织样的机械特性，NeuroString可以与胃肠道黏膜急性连接，并与传统的医疗检查设备兼容，如内窥镜，用于无创生物分子监测。NeuroString 允许小鼠中枢神经系统长期稳定和多重神经化学传感。在胃肠道中，NeuroString 的拉伸性和柔软性提供了与肠道组织的高顺应性，而不会干扰肠道的蠕动运动，也不会引起不必要的刺激。NeuroString 独特的弹性特性使其适用于同时监测来自中枢和外周神经系统的神经递质信号，并可能解决当前研究肠道化学动力学及其与微生物相互作用的技术限制。

该传感器进一步的开发将致力于使用微加工/纳米加工提高传感器的空间分辨率，通过结合不同的分子识别探针来提高其选择性和多重性，并最终将其与无线电子设备集成并验证其长期植入性能。结合石墨烯表面化学提供的优异机械性能和化学传感的多功能性，预测 NeuroString 平台将很容易适应研究灵长类动物全身各种信号生物分子和电生理信号的动力学。

参考文献：Li, J., Liu, Y., Yuan, L. et al. A tissue-like neurotransmitter sensor for the brain and gut. Nature 606, 94–101 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04615-2