在大脑上闪耀愈合灯:枢轴发现可以治疗癫痫,帕金森,抑郁和慢性疼痛

X射线在脑中醒目的辐射发光纳米颗粒

艺术家的渲染显示X射线在脑中醒目的辐射发光纳米颗粒,其发出触发钠(Na +)和钾(K +)离子流入的红光,从而激活脑神经元。信用:Zhaowei Chen / Argonne National实验室的形象。

科学家对X射线进行神经元无线调制方法的关键发现,可以改善脑病患者的生命。X射线源仅需要在牙医办公室中找到的机器。

全球许多人患有与运动相关的大脑疾病。癫痫账户超过50.百万;基本震颤,40百万;和帕金森病,10.百万。

对某些脑障碍患者的缓解可能有一天可以以美国能源部的研究人员发明的新待遇的形式母鹿)Argonne国家实验室和四所大学。该治疗基于光学和遗传学中的突破。它不仅适用于运动相关的脑障碍,还适用于慢性抑郁和疼痛。

“我们的高精度非侵入性方法可能会使使用小型X射线机,在每个牙科办公室常见的那种常见的常规。”- 艾琳娜罗尔茨波娃,Argonne纳米级材料中心的纳米级主义者

这种新治疗涉及通过喷射纳米颗粒在暴露于X射线(NanoscIntillers)时升高的纳米颗粒刺激脑内深的神经元,并将消除目前使用的侵袭性脑外科。

我们的高精度非侵入性方法可能会使使用小X射线机,在每个牙科办公室中常见的那种常见的惯例,“Elena Rozhkova,一名领先作者和Argonne纳米级材料中心的纳米级主义者说(CNM.), 一种母鹿科学用户设施办公室。

当常规药物疗法不是一种选择时,传统的深脑刺激需要侵入性神经外科手术。在美国食品和药物管理局批准的传统程序中,外科医生将校准的脉冲发生器植入皮肤(类似于起搏器)。然后,它们用绝缘延长线连接到插入大脑的特定区域的电极以刺激周围的神经元并调节异常脉冲。

西班牙美洲科学家JoséManuelRodríguez·德尔戈多在斗牛场中展示了深脑刺激1960年S,“来自马里兰大学的神经生理学家Vassiliy Tsytsarev和该研究的共同作者说。他通过向植入电极发送无线电信号来使他在他身上充电到静止。“

关于15.几年前,科学家推出了一种革命性的神经调节技术,Optimetics,“依赖于大脑中特定神经元的遗传修饰。这些神经元在大脑中产生光敏离子通道,从而响应于外部激光而火。然而,这种方法需要植入大脑中的非常薄的纤维电线,并且通过生物组织患激光的有限渗透深度。

该团队的替代光学机构方法使用脑内注射的纳米键菌器,绕过植入电极或纤维电线。由于它们更大的通过生物组织屏障,它们替代X射线而不是激光。

注射的纳米颗粒吸收X射线能量并将其转换成红光,这具有明显更大的渗透深度而不是蓝光,“Zhaowei Chen说,前CNM.博士后研究员。

因此,纳米颗粒用作内部光源,其使我们的方法在没有电线或电极的情况下工作“。rozhkova添加。由于球队的方法可以刺激和Quell目标小区,Rozhkova指出,它有比脑障碍的其他应用。例如,它可以适用于心脏问题和其他受损的肌肉。

团队成功之一是Argonne世界两流程的合作:CNM.和argonne的高级光子源(APS.), 一种母鹿科学用户设施办公室。这些设施的工作开始于纳米级载体的合成和多工具表征。特别地,在纳米颗粒样品的X射线激发光学发光APS.梁线(20.-BM.)。结果表明,颗粒在几个月内极其稳定,并在重复暴露于高强度X射线时。

据邹FinFrock,一位员工科学家APS.20.-BM.光束线和加拿大光源,他们一直焕发美丽的橙红光线。“

接下来,Argonne向马里兰大学发送了CNM制备的NanoscIntillers,以进行小鼠的测试。马里兰大学团队在两个月内进行了这些测试,其中一个小型便携式X射线机。结果证明了该程序按计划工作。遗传修饰的小鼠被遗传地修改以与X射线脉冲响应于脑波在脑电图上的X射​​线脉冲反应。

最后,马里兰州大学队派出了动物脑,用于使用Argonne科学家进行的X射线荧光显微镜表征。该分析由Olga Antipova在微探针光束线上进行(2-ID-E.) 在APS.并在硬X射线Nanopobe上的中侯CAI(26.-ID)联合运营CNM.APS.

这种多仪器布置使得可以看到留在脑组织的复杂环境中的微小颗粒,其具有数十个纳米的超分离线。它还允许可视化神经元在微尺度上与注射部位附近。结果证明了纳米载体在化学上和生物学稳定。它们不会从注射部位徘徊或降解。

样品制备在这些类型的生物分析中非常重要,“X射线科学司的物理学家(XSD.)在这一点APS.。Qiaoling Jin and Xueli Liu协助的Antipova,他准备了大脑切片只有几微米厚的珠宝准确性

对医疗应用的光源有强烈的商业兴趣水平,“Rozhkova说。虽然仍处于概念验证阶段,但我们预测我们的专利待决的无线方法,小X射线机应该具有光明的未来。“

参考:“辐射发光纳米颗粒使能皮疹神经元的无线致敏调制”,Zhaowei Chen,Vassiliy Tstysarev,Y.Zou FinFrock,Olga A. Antipova,中湖蔡,Hiroyuki Arakawa,Fritz W.LIROYUKIA,Bryan M. Hooks,Rosemarie Wilton,东夷王,易刘,布兰登·佩塔安,杨涛,俞辰,雷哈,埃尔祖鲁姆路,黄浩杨和埃琳娜A. Rozhkova,24 2月2021年2月24日,ACS纳米
DOI:10.1021 / ACSNANO.0C10436

相关文章无辐射发光纳米颗粒使能的皮质神经元的无线致敏调制“出现在ACS纳米。除了Rozhkova,Chen,FinFrock,Antipova和Cai,另一个argonne作者是Rosemarie Wilton。大学贡献者包括Vassiliy Tsttsarev,东义王,易刘,布兰登·佩泰坦,杨涛和俞辰,从马里兰大学,生物工程系;来自马里兰大学医学院的Hirooyuki Arakawa和Reha Erzurumlu;Fritz Lischka从穿制服的服务大学的健康科学;来自匹兹堡大学的Bryan Hooks神经生物学系;yabo124和福州大学的黄浩阳。

这项研究得到了支持的支持母鹿科学办公室,国家卫生研究院和国家科学基金会。

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