Eccitazione fotoacustica non ereditaria di cellule nervose solitarie da parte di un emettitore optoacustico a fibra conica

Stimolazione fotoacustica non genetica di singoli neuroni da parte di un emettitore optoacustico a fibra affusolata

La neuromodulazione ad alta risoluzione spaziale è importante per progredire nella comprensione dei circuiti mentali e nella terapia delle malattie neurologiche. Qui, viene stabilito un emettitore optoacustico a fibra conica (TFOE) per l'eccitazione delle cellule nervose solitarie e delle strutture subcellulari. Il TFOE ha reso possibile l'assimilazione con la registrazione spot clamp e ha introdotto l'azione specifica del tipo cellulare delle cellule nervose eccitatorie e repressive all'eccitazione fotoacustica. Il TFOE fornisce un sistema di inflessione unicellulare e subcellulare non genetico, che può perdere conoscenze completamente nuove proprio nel sistema di neurostimolazione a ultrasuoni.

La neuromodulazione ad alta risoluzione spaziale è stata in realtà un metodo fondamentale per affrontare le malattie neurologiche e per il progresso delle conoscenze di base nel campo delle neuroscienze, l'uccisione di una piccola popolazione o forse di cellule nervose solitarie può modificare in particolare le azioni dell'animale o lo stato mentale. L'optogenetica è un approccio efficace con la capacità di regolare il compito neurale della popolazione nei ratti, tuttavia la sua richiesta di trasfezione virale limita le sue applicazioni nei primati non umani e negli esseri umani. Come metodo in rapida espansione, gli ultrasuoni concentrati sono stati effettivamente utilizzati in una miriade di applicazioni di neuromodulazione mentale. Tuttavia, i trasduttori piezoelettrici standard forniscono una risoluzione spaziale di alcuni millimetri. Sta inoltre testando l'azione elettrofisiologica delle cellule sottoposte a eccitazione ultrasonica utilizzando l'elettrofisiologia patch-clamp a cellule intere, che è la strategia tipica dell'oro per la valutazione ad alta fedeltà dei dispositivi biofisici di neuromodulazione. Sono ancora ricercati nuovi approcci con importanti capacità, consistenti nell'accuratezza solitaria e subcellulare e nell'assimilazione della registrazione elettrofisiologica delle cellule solitarie, per rendere possibile la comprensione dell'eccitazione meccanica a livello delle cellule solitarie e per fornire un'elevata precisione per eventuali applicazioni professionali.

In un nuovissimo documento pubblicato in Scienza della luce e applicazione, un gruppo di ricercatori, guidati dai professori Chen Yang e Ji-xin Cheng dell'Università di Boston, hanno effettivamente stabilito un emettitore optoacustico a fibra conica (TFOE), che sfrutta il risultato optoacustico e crea un'area acustica locale entro 40 μm , per l'eccitazione neurale fotoacustica alla cellula solitaria e al grado subcellare. La sostanziale innovazione del TFOE sia nella risoluzione spaziale che nell'efficacia della conversione optoacustica è ottenuta dal design della fibra, dalla regolazione del prodotto e da un approccio di deposizione completamente nuovo. Spazialmente, hanno mostrato eccitazione acustica con una precisione senza precedenti. Temporaneamente, l'impulso acustico solitario con un periodo di sub-microsecondo prodotto da TFOE ha effettivamente attivato le cellule nervose, che è stato scoperto come le stimolazioni acustiche più veloci per un'efficace neuromodulazione. È importante sottolineare che l'onda acustica vicina all'area prodotta dal TFOE ha consentito l'eccitazione optoacustica tenendo contemporaneamente traccia dell'azione cellulare utilizzando la registrazione dell'intero spot clamp della cellula. Le loro ricerche hanno rivelato un'azione specifica del tipo cellulare sull'eccitazione acustica per le cellule nervose eccitatorie e repressive.

Queste ricerche rivelano la straordinaria capacità del TFOE come innovazione di sistema per l'eccitazione non genetica del sistema neurale con elevata precisione spaziale e temporale. Molte nuove possibilità di studio di ricerca saranno certamente aperte dalle nuove capacità fornite da TFOE. Ad esempio, rivelando il limite specifico del tipo cellulare all'eccitazione acustica per le cellule nervose eccitatorie e repressive, è possibile mettere in relazione vari stress acustici e periodi per ottenere una particolare selettività del tipo cellulare nell'area mentale multiscala. Nel frattempo, l'impulso acustico solitario con un periodo di sub-microsecondo può essere più perfezionato per rendere il conto temporale della stimolazione, il che consentirà certamente di regolare i modelli di attività delle cellule nervose per assomigliare a codici neurali completamente naturali. Inoltre, l'eccitazione acustica delle cellule nervose, con reti di ioni farmacologicamente o geneticamente personalizzate incorporate con spot clamp, fornisce una comprensione completamente nuova ai dispositivi elettrofisiologici di neuromodulazione meccanica. Senza alcun tipo di parti in acciaio, il TFOE è insensibile ai disturbi elettromagnetici e funziona con l'imaging a vibrazione magnetica pratica (fMRI), che garantisce futuri studi di ricerca verso la comprensione delle azioni e delle malattie nelle persone umane. Dato il crescente fascino della neuromodulazione a ultrasuoni, la densità, l'economicità e la flessibilità del TFOE aprono ampie possibilità di utilizzare il risultato optoacustico nell'area delle neuroscienze, anticipano i ricercatori.