Niedziedziczne wzbudzenie fotoakustyczne pojedynczych komórek nerwowych przez stożkowy emiter optoakustyczny

Niegenetyczna stymulacja fotoakustyczna pojedynczych neuronów przez zwężający się światłowodowy emiter optoakustyczny

Neuromodulacja w wysokiej rozdzielczości przestrzennej jest ważna dla postępu w zrozumieniu obwodów umysłowych oraz terapii chorób neurologicznych. Tutaj powstaje stożkowy emiter optoakustyczny (TFOE) do pobudzania pojedynczych komórek nerwowych, a także struktur subkomórkowych. TFOE umożliwił asymilację z rejestracją spot clamp, a także wprowadził specyficzne dla typu komórki działanie pobudzających i represyjnych komórek nerwowych do pobudzenia fotoakustycznego. TFOE daje niegenetyczny, jednokomórkowy, a także subkomórkowy system przegięcia, który może zatracić zupełnie nowe zrozumienie w systemie neurostymulacji ultradźwiękowej.

Neuromodulacja w wysokiej rozdzielczości przestrzennej jest w rzeczywistości kluczową metodą radzenia sobie z chorobami neurologicznymi, a także pogłębiania podstawowej wiedzy w dziedzinie neuronauki, strzelanie do małej populacji lub być może samotnych komórek nerwowych może szczególnie zmienić działania zwierząt domowych lub stan umysłu. Optogenetyka jest skutecznym podejściem ze zdolnością do regulowania zadań neuronalnych populacji u szczurów, jednak jej zapotrzebowanie na transfekcję wirusową ogranicza jej zastosowanie u naczelnych innych niż ludzie, jak również u ludzi. Jako szybko rozwijająca się metoda, skoncentrowane ultradźwięki zostały wykorzystane w niezliczonych zastosowaniach neuromodulacji umysłu. Jednak standardowe przetworniki piezoelektryczne zapewniają rozdzielczość przestrzenną rzędu milimetrów. Dodatkowo testuje prostoliniowe działanie elektrofizjologiczne komórek pod wpływem pobudzenia ultradźwiękowego, wykorzystując elektrofizjologię patch-clamp na całej komórce, która jest typową złotą strategią wysokiej wierności oceny biofizycznych urządzeń neuromodulacji. Wciąż poszukuje się nowych podejść o ważnych możliwościach, składających się z dokładności pojedynczej i subkomórkowej, a także asymilacji zapisu elektrofizjologii pojedynczych komórek, aby umożliwić zrozumienie mechanicznego pobudzenia na poziomie pojedynczej komórki, a także zapewnić wysoką dokładność do możliwych zastosowań profesjonalnych.

W zupełnie nowej gazecie wydanej w Nauka o świetle i aplikacje, grupa badaczy, kierowana przez profesorów Chen Yang oraz Ji-xin Cheng z Boston University, stworzyła stożkowy emiter optoakustyczny (TFOE), który wykorzystuje efekt optoakustyczny, a także tworzy obszar akustyczny w zasięgu 40 μm , dla fotoakustycznego pobudzenia neuronowego w pojedynczej komórce, jak również w stopniu podpiwnicy. Znacząca innowacja TFOE zarówno pod względem rozdzielczości przestrzennej, jak i skuteczności konwersji optoakustycznej, została osiągnięta dzięki projektowaniu włókien, dostosowaniu produktu, a także zupełnie nowemu podejściu do osadzania. Przestrzennie pokazali ekscytację akustyczną z niespotykaną dotąd dokładnością. Tymczasowo pojedynczy impuls akustyczny o okresie poniżej mikrosekundy wytwarzany przez TFOE skutecznie włączał komórki nerwowe, które odkryto jako najszybsze stymulacje akustyczne dla skutecznej neuromodulacji. Co ważne, bliska obszarowa fala akustyczna wytwarzana przez TFOE umożliwiła ekscytację optoakustyczną przy jednoczesnym śledzeniu działania komórki z wykorzystaniem nagrywania całego punktu komórki. Ich badania ujawniły specyficzne dla komórek działanie na podniecenie akustyczne dla pobudzających i hamujących komórek nerwowych.

Te poszukiwania ujawniają niesamowitą zdolność TFOE jako innowacji systemowej do niegenetycznego pobudzenia układu nerwowego z wysoką dokładnością przestrzenną i czasową. Z pewnością nowe możliwości oferowane przez TFOE otworzy wiele zupełnie nowych możliwości badawczych. Na przykład, ujawniając specyficzną dla typu komórki granicę pobudzenia akustycznego dla pobudzających i tłumiących komórki nerwowe, różne stresy akustyczne oraz okres mogą być powiązane z osiągnięciem określonej selektywności typu komórki w wieloskalowym obszarze umysłu. Tymczasem samotny impuls akustyczny z okresem poniżej mikrosekundy może być lepiej dostrojony, aby uwzględnić czasowe stymulację, co z pewnością pozwoli regulować wzorce zadań komórek nerwowych tak, aby przypominały całkowicie naturalne kody neuronowe. Co więcej, podekscytowanie akustyczne komórek nerwowych, z farmakologicznie lub genetycznie dostosowywanymi sieciami jonowymi wbudowanymi w zacisk punktowy, daje zupełnie nowe zrozumienie elektrofizjologicznych urządzeń mechanicznej neuromodulacji. Bez jakichkolwiek części stalowych, TFOE jest niepodatny na zakłócenia elektromagnetyczne, a także współpracuje z praktycznym obrazowaniem wibracyjnym (fMRI), co daje pewność dla przyszłych badań nad zrozumieniem działań i chorób ludzi. Naukowcy przewidują, że biorąc pod uwagę rosnącą atrakcyjność neuromodulacji ultradźwiękowej, gęstość, opłacalność oraz elastyczność TFOE otwierają szerokie szanse na wykorzystanie wyników optoakustycznych w dziedzinie neuronauki.