新型纳米传感器有望用于诊断和治疗神经系统疾病

人体的每一个动作——从举起手臂到心脏跳动——都在某种程度上受到大脑信号的调节。直到最近，科学家们还经常在事后才追踪和理解大脑与身体的交流，有点像听语音邮件而不是打电话。

但是东北大学的研究人员开发了一种新型纳米传感器，使科学家能够实时成像大脑和身体之间的通信。他们现在可以监听电话。

东北大学生物工程和化学教授 Heather Clark 和生物学副教授 James Monaghan 以及东北大学的同事和加州大学旧金山分校的研究人员开发了一种基于 DNA 的纳米传感器，可以检测特定的神经递质乙酰胆碱，因为它被活体动物的靶细胞释放和吸收。他们本月在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。

“就理解大脑和身体之间的关系而言，了解神经何时进行交流至关重要——例如，它们何时发出信号来告诉心率加快或减慢，”莫纳汉说。

当出现故障时，了解这种沟通尤为重要。帕金森氏症等疾病是神经细胞退化和大脑与身体之间通讯中断的结果。

被称为生物电子医学的新兴医学领域寻求使用高度特异性的神经刺激来治疗神经系统疾病。为了精确定位神经，科学家们需要了解它们在生物体中的实时反应——克拉克和莫纳汉的纳米传感器代表了朝这个方向迈出的一步。

“如果你打算使用神经刺激作为药物，你需要读出你提供了多少刺激，”莫纳汉说。“克拉克博士在传感器开发领域的化学和创新将为神经递质乙酰胆碱提供读数。”

纳米传感器由一种荧光成分组成，在乙酰胆碱存在的情况下会发光，并且可以在活的老鼠身上实时看到。这有点像看到某人的手机在接听电话时亮起，但在分子水平上。

微电极和微透析等现有工具使科学家能够检测中枢神经系统中的乙酰胆碱，但在外周神经系统(大脑和脊髓之外的一切)方面却达不到要求。

克拉克、莫纳汉和他们的同事利用东北大学的强大显微镜，观察在他们的实验中激活神经递质时荧光标记物的亮起。

然而，这种纳米传感器的开发只是一个开始，研究人员希望在未来制造出更坚固的传感器。

克拉克和莫纳汉还预计，他们用于开发这种纳米传感器的复杂成像工具将被东北及其他地区的其他科学家使用。他们领导生命系统化学成像研究所，这是该大学的一个新组织，研究人员可以利用位于跨学科科学与工程综合体的五台最先进的显微镜。

“这是一组研究人员可以用来回答有关体内生化信号的基本问题的工具，”克拉克说。“作为一名科学家，我喜欢开发新工具并促

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