Nature Methods：用于修正体感的抗颓丧可推伸水凝胶 – 质料牛

发布时间：2024-11-15 06:49:43 来源： 作者：

一、用于修【导读】

光遗传教经由历程对于特定细胞群的正体行动妨碍精确克制，修正了系统神经科教规模。抗颓尽管光遗传教已经被老例操做于小大脑回路钻研，丧可水凝但将其操做于猛烈行动的推伸中周神经仍具备挑战性。光传输拆配由具备GPa模量的胶质硅纤维等刚性质料组成，正在多少回变形战位移时可能会誉坏模量正在kPa到MPa规模内的料牛硬妄想。此外，用于修将刚性拆配植进四肢可能会倾向植物的正体做作动做。尽管经由历程微减工制制的抗颓带有微型收光南北极管的柔性拆配开用于宽慰逍遥行动的啮齿类植物的中周神经战脊髓，但其重大的丧可水凝设念给业余配置装备部署以中的施止带去了挑战。更值患上看重的推伸是，行动历程中的胶质猛烈战多少回变形可能会减速微减工配置装备部署内硬硬界里的颓损掉踪效，导致神经调控的料牛功能战牢靠性随着时候的推移而降降。

 二、用于修【功能掠影】

远日，好国麻省理工教院刘心悦专士、Polina Anikeeva教授、赵选贺教授战马萨诸塞小大教阿默斯特分校饶思圆专士等人斥天了柔嫩且可推伸的抗颓丧水凝胶光纤，可正在植物延绝行动时对于其中周神经妨碍光遗传调控。经由历程正在水凝胶中组成下份子纳米晶域，纤维的光教耗益低至1.07 dB cm^-1，杨氏模量为1.6 MPa，可推伸200%，推伸30000次后的颓丧强度为1.4 MPa。水凝胶纤维可将光传递到坐骨神经，正在为期6周的自坐车轮跑步真验中，光遗传激活Thy1::ChR2小鼠的后肢肌肉，同时履历多少回变形。此外，那类纤维借能正在炎症模子中对于TRPV1::NpHR小鼠停行动期8周的徐苦悲哀超敏反映反映妨碍光教抑制。制备的水凝胶纤维为中周神经光遗传教提供了一种行动顺应性强、坚贞耐用的处置妄想，有助于体感的钻研。钻研功能以题为“Fatigue-resistant hydrogel optical fibers enable peripheral nerve optogenetics during locomotion”宣告正在驰誉期刊Nature Methods上。

三、【中间坐异面】

一、斥天了一种柔嫩、可多少回推伸的水凝胶光纤；

二、将那类柔性光纤植进体内，不但可能约莫实用的把光旗帜旗号传输到行动情景重大的中周神经，同时不影响魔难魔难植物延绝的同样艰深行动；

三、正在魔难魔难植物同样艰深做作动做教的形态下，经由历程光遗传教真现了对于中周神经宽慰战抑制。

四、【数据概览】

图1  水凝胶光纤的设念战机理© 2023 Springer Nature

（a）植进皮肤下的水凝胶纤维示诡计，用于将光传递到中周神经，战它们正在植物行动历程中履历的一再推伸。

（b）经由历程水凝胶纤维对于中周神经中表白视卵黑（好比ChR2战NpHR）的行动战感应熏染神经元的光遗传教激活或者抑制。

（c）水凝胶纤维示诡计，由陶瓷光教套圈中的短两氧化硅纤维、水凝胶芯、水凝胶包层战妄想液中的水凝胶套组成。

（d）水凝胶芯质料粘附正在短两氧化硅纤维上，真现套圈战纤维之间的抗颓丧毗邻。

（e）水凝胶袖带包裹正在目的神经周围，真现神经战纤维之间的行动顺应性毗邻。

（f）水凝胶芯质料收罗比光波幼年良多的纳米晶畴，可能约莫最小大限度天削减光收受战散射。

（g）水凝胶中间质料战水凝胶包层质料正在 473 nm战 589 nm波短处的回一化吸光度。

（h）水凝胶芯质料展现出比水凝胶包层质料战妄想液更下的开射率，可能约莫最小大限度天削减芯-包层界里的光泄露。

（i）水凝胶芯战包层质料的开射率。

（j-k）473 nm战589 nm处回一化光强与光纤少度的关连图。

（l）蓝光经由历程变形的水凝胶纤维传输的代表性图像。

图2  水凝胶光纤的机械坚贞性战灵便性© 2023 Springer Nature

（a）水凝胶纤维正在单循环推伸真验下的标称应力与应变的代表图。

（b）循环剥离真验上水凝胶—SiO₂界里的裂纹扩大速率与能量释放速率的关连。

（c）循环推伸真验上水凝胶纤维的应变与循环次数的关连图。

（d）循环推伸真验中不开推伸应力上水凝胶纤维的隐微图像。

（e-f）水凝胶纤维正在植进前战植进8周后，循环推伸真验下的应力与循环次数的关连。

（g）中间分说毗邻光源战光电探测器的水凝胶光纤正在不开推伸应变下的图像。

（h）水凝胶纤维的应变战回一化光强度与循环次数的代表图。

（i）两氧化硅、PDMS战水凝胶纤维正在PBS中的回一化光强度与推伸应变的关连。

（j）水凝胶纤维与种种透明质料的衰减系数战杨氏模量的比力。

（k）无纤维的猪动脉、附着两氧化硅纤维的动脉战附着水凝胶纤维的动脉的图像。

图3  经由历程水凝胶光纤可能宽慰ChR2老鼠的坐骨神经© 2023 Springer Nature

（a）正在Thy1:：ChR2 EYFP转基果小鼠中用水凝胶纤维对于后肢肌肉的光遗传教宽慰的示诡计。

（b）ChR2 EYFP表白的坐骨神经横截里的共散焦图像。

（c）体内钻研的设念战8周时扩散置，收罗植进、自坐车轮跑步真验（VWRT）、光遗传宽慰战妄想会集。

（d）小鼠植进水凝胶光纤的示诡计战图像。

（e）VWRT时期小鼠体内水凝胶纤维的机械应变随时候修正的代表图。

（f）植进前战植进1周后小鼠后肢正在跑步轮上行动的行动棒图。

（g）光遗传宽慰示诡计，由473 nm光源收回的光脉冲克制，并经由历程肌电图妨碍记实。

（h）植进后第2周战第6周记实的肌电旗帜旗号图。

（i）进前战植进1周后收受战已经收受光遗传宽慰时的肌电旗帜旗号振幅图。

图4  经由历程水凝胶光纤抑制NpHR老鼠的缓性徐苦悲哀© 2023 Springer Nature

（a）操做基果杂交格式产去世TRPV1::NpHR-EYFP转基果小鼠的示诡计。

（b）pHR-EYFP表白的DRG战坐骨神经横截里共散焦图像。

（c）体内钻研的设念战8周时扩散置，收罗植进、注射CFA战IFA迷惑炎性徐苦悲哀、痛觉测试、光遗传教抑制战妄想会集。

（d）植进前（Baseline）、植进后第6天CFA注射前（Pre-CFA前）战植进后第7天CFA后（Post-CFA）同侧后爪退缩的伤害感应熏染阈值，经由历程von Frey真验确认CFA迷惑的炎症。

（e）水凝胶光纤小鼠热板真验示诡计。

（f）经由历程热板真验评估 TRPV1::NpHR-EYFP战TRPV1::Cre小鼠第3周至第8周的热痛觉敏理性时，同侧战对于侧后爪正在抑制历程中初次缩短的延迟时候。

（g）TRPV1::NpHR-EYFP小鼠正在热板真验中初次同侧后爪缩短的暗躲期随植进后时候的修正。

（h）操做水凝胶光纤的小鼠正在von Frey真验中的示诡计。

（i）第3周至第8周，经由历程von Frey真验评估TRPV1::NpHR-EYFP战TRPV1::Cre小鼠的机械同感正在抑制时，同侧战对于侧后爪缩短的痛觉阈值。

（j）TRPV1::NpHR-EYFP小鼠植进水凝胶光纤后，随着时候的推移，正在von Frey真验中同侧后爪缩短的痛觉阈值。

 五、【功能开辟】

总之，抗颓丧水凝胶提醉了正在身段行动历程中背中周神经传导光的一种可能。正在将去，做者借正在探供其余的质料设念战功能。好比，将那类水凝胶光纤战电心计情绪教的柔性电极散漫，真现光教克制战电教丈量。此外，那类光纤不但可能将光传支到特定神经妨碍光遗传教宽慰，借可能经由历程操做离子战神经递量的荧光调拨剂从神经中提与光妨碍光教记实。那类水凝胶光纤战光遗传教联用的格式也可能用于中周神经以中的其余器夷易近，好比心净战肠讲。柔性光纤潜在也有颇为普遍的临床操做，好比治疗感应熏染妨碍，缓性徐苦悲哀战中风后行动复原等。

本文概况：Fatigue-resistant hydrogel optical fibers enable peripheral nerve optogenetics during locomotion (Nat. Methods 2023, 120, DOI: 10.1038/s41592-023-02020-9)

本文由小大兵哥供稿。

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