科学家研发“元弦”传感器：为“脑-肠轴”研究提供硬件工具 “这个发明为脑科学的基础研

“这个发明为脑科学的基础研究和神经系统疾病治疗提供了另外一种思路和方法。大脑的通讯由电信号和神经递质分子共同完成，后者甚至更为重要，并且能调控前者。
【科学家研发“元弦”传感器：为“脑-肠轴”研究提供硬件工具】但目前，了解大脑的方式以监测神经的电信号为主，测量神经递质分子（神经元之间传递信息的化学物质）的技术还不成熟，把生物体内动态变化的化学分子浓度转换成能快速读取的信息相对要困难很多。 ”密西根州立大学生物医学工程系助理教授李金星在提到本次研究成果时说到。
6月1日，他的一篇题为《元弦：用于大脑和肠道的如生物组织般柔软的神经递质传感器》（Atissue-likeneurotransmittersensorforthebrainandgut）的新论文发表在Nature上[1] 。李金星、新加坡国立大学生物工程系助理教授刘宇鑫和斯坦福大学博士后袁雷为共同第一作者，斯坦福大学化学工程系鲍哲南教授、生物系陈晓科副教授担任共同通讯作者。
这项研究也被Nature的编辑团队选为免费开放的ResearchBriefing进行报道[2] 。 Nature的编辑团队认为：“柔性电子在生物传感器方面有巨大的前景，正如这项工作所展示的一样。研究者设计出一种不仅具有生物兼容性、能同时测量多种神经递质的的传感器，而且其接口还非常柔软，在体内使用时不会造成组织损伤或干扰器官功能。这是一个令人印象深刻的将复杂的性能要求都实现的发明，将会适用于跨全身的实时生物化学传感。 ”

文章图片
图丨李金星（来源：MITTechnologyReview,InnovatorsUnder35）
在探索大脑的时候，获得的信息肯定是越丰富越好。除了电信号，了解化学物质在大脑中的活动及它们起到的作用十分重要和必要。对电信号的测量已经发展很多年，拥有商业化的成熟技术，比如特斯拉CEO埃隆·马斯克（ElonMusk）创办的脑机接口公司Neuralink就采取的这个路线。
本研究当中，科学家利用名为“元弦”（NeuroString：意为神经元之弦）的传感器，将神经递质化学分子的信号转换成了电信号，以检测脑子和肠子中的多种重要的神经递质，比如对人体有非常重要影响的多巴胺和血清素，它们是人类最重要的“快乐分子” 。
据了解，多巴胺在大脑中产生，最为人知的是它在大脑奖赏机制中的作用，与和帕金森症和上瘾有直接关系。
人体内95%以上的血清素主要在肠道中产生，决定着人的“幸福感” ，其紊乱程度和抑郁症及肠道疾病等直接相关。
因此， “元弦”的一个实际用途就是可用于一些疾病的诊断和治疗上。毕竟，只有首先了解疾病，才有可能去治愈它。
如今，治疗抑郁症的一种方法是通过一些药物控制血清素的含量。而每个人对不同药物的反应不同，可就此借助“元弦”实时监控某一种药对人体血清素的影响，从而做出更精确的药物实施方案。
另外，帕金森氏病的一种治疗方法是大脑深部刺激，其部分作用是刺激神经元产生更多的多巴胺。如果大脑深部刺激器与“元弦”配对，将允许医生准确控制多巴胺的释放量，更利于患者治疗并减小长期脑刺激产生的副作用。
同时检测大脑和肠道神经递质，为“脑-肠轴”研究提供工具

文章图片
然后，值得一提的是， “元弦”探针除了可以放在大脑中，还能放到肠子里。
在人类器官中，肠道中的神经数量仅次于大脑。它不仅有着一个自主的神经系统，相比其他外周神经系统，还跟大脑共享了很多相同的神经递质，可以说是人体的“第二大脑” 。