Excitación fotoacústica no hereditaria de células nerviosas solitarias por un emisor optoacústico de fibra cónica

Estimulación fotoacústica no genética de neuronas individuales mediante un emisor optoacústico de fibra cónica

La neuromodulación a alta resolución espacial es importante para progresar en la comprensión de los circuitos mentales, así como para la terapia de enfermedades neurológicas. Aquí, se establece un emisor optoacústico de fibra cónica (TFOE) para la excitación de las células nerviosas solitarias, así como los marcos subcelulares. El TFOE hizo posible la asimilación con la grabación de pinza puntual, así como introdujo la acción específica del tipo celular de las células nerviosas excitadoras y represivas a la excitación fotoacústica. TFOE proporciona un sistema de inflexión unicelular y subcelular no genético, que puede perder conocimientos completamente nuevos directamente en el sistema de neuroestimulación por ultrasonido.

La neuromodulación a alta resolución espacial ha sido en realidad un método vital para tratar enfermedades neurológicas, así como para progresar en la comprensión básica en el área de la neurociencia, y el disparo de una pequeña población o quizás células nerviosas solitarias puede cambiar particularmente las acciones de las mascotas o el estado mental. La optogenética es un enfoque eficaz con la capacidad de regular la tarea neuronal de la población en ratas, sin embargo, su demanda de transfección viral restringe sus aplicaciones en primates no humanos y en seres humanos. Como método de rápida expansión, el ultrasonido concentrado se ha utilizado en una gran variedad de aplicaciones de neuromodulación mental. Sin embargo, los transductores piezoeléctricos estándar proporcionan una resolución espacial de varios milímetros. Además, está probando la acción electrofisiológica de calibre directo de las células bajo excitación ultrasónica utilizando electrofisiología de pinza de parche de célula completa, que es la estrategia típica de oro para la evaluación de alta fidelidad de los dispositivos biofísicos de neuromodulación. Todavía se buscan nuevos enfoques con capacidades importantes, que consisten en precisión tanto solitaria como subcelular, así como asimilación de registros electrofisiológicos de células solitarias, para hacer posible la comprensión de la excitación mecánica en el grado de célula solitaria, así como para proporcionar una alta precisión. para posibles aplicaciones profesionales.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz, un grupo de investigadores, dirigido por los profesores Chen Yang y Ji-xin Cheng de la Universidad de Boston, ha establecido un emisor optoacústico de fibra cónica (TFOE), que hace uso del resultado optoacústico y crea un área acústica local dentro de los 40 μm. , para la excitación neuronal fotoacústica en la celda solitaria y en el grado del subsuelo. La innovación sustancial de TFOE tanto en resolución espacial como en efectividad de conversión optoacústica se logra mediante el diseño de la fibra, el ajuste del producto y un nuevo enfoque de deposición. Espacialmente, mostraron emoción acústica con una precisión sin precedentes. Temporalmente, el pulso acústico solitario con un período de sub-microsegundo producido por TFOE activó efectivamente las células nerviosas, lo que se descubrió como las estimulaciones acústicas más rápidas para una neuromodulación efectiva. Es importante destacar que la onda acústica cercana al área producida por TFOE permitió la excitación optoacústica con el seguimiento simultáneo de la acción de la celda utilizando la grabación de pinza de punto de celda completa. Sus investigaciones revelaron la acción específica del tipo de célula para la excitación acústica de las células nerviosas tanto excitadoras como represivas.

Estas búsquedas revelan la asombrosa capacidad de TFOE como un sistema de innovación para la excitación no genética del sistema neural con alta precisión espacial y temporal. Sin duda, las nuevas capacidades proporcionadas por TFOE abrirán muchas oportunidades de nuevos estudios de investigación. Por ejemplo, al revelar el límite específico del tipo de célula a la excitación acústica para las células nerviosas tanto excitadoras como represivas, se pueden relacionar diversos tipos de estrés acústico, así como el período, para lograr una selectividad de tipo celular particular en un área mental multiescala. Mientras tanto, el pulso acústico solitario con un período de sub-microsegundos puede ajustarse más para hacer la cuenta temporal de la estimulación, lo que ciertamente permitirá regular los patrones de tareas de las células nerviosas para que se asemejen a los códigos neuronales naturales. Además, la excitación acústica de las células nerviosas, con redes de iones personalizables farmacológica o genéticamente incorporadas con pinza puntual, proporciona una comprensión completamente nueva de los dispositivos electrofisiológicos de la neuromodulación mecánica. Sin ningún tipo de piezas de acero, el TFOE no es susceptible a las perturbaciones electromagnéticas y funciona con imágenes prácticas de vibración magnética (fMRI), lo que garantiza un estudio de investigación futuro para comprender las acciones y las enfermedades en las personas humanas. Dado el creciente atractivo de la neuromodulación por ultrasonido, la densidad, la rentabilidad y la flexibilidad de TFOE abren amplias posibilidades de utilizar el resultado optoacústico en el área de la neurociencia, anticipan los investigadores.

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