新型生物傳感器：讓腦細(xì)胞閃閃發(fā)光

寂靜天花板

有一種最新型的生物發(fā)光傳感器，可以讓單個的腦細(xì)胞像螢火蟲那樣，在黑暗中閃閃發(fā)光熠熠生輝。

5 X  k9 M& F1 p7 H- I
+ i# j4 K1 |& y% y( o) Z, R. f
這其實是一種新型的研究手段，由美國范德堡大學(xué)的一組科學(xué)家通過對熒光素酶這種生物酶進行基因改造而發(fā)明出來。很多生物，比如螢火蟲，之所以會發(fā)光就是利用了這種酶。該研究成果已經(jīng)發(fā)表在10月27日的《自然通訊》期刊上。



7 M% ~1 m: ^# c0 E那么，這種研究方法可以用來做什么呢？答案是：追蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部互動情況。
! D, ~1 i9 M  [0 n
研究小組領(lǐng)頭人Carl Johnson教授說：“長期以來，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家依靠電訊號紀(jì)錄神經(jīng)元的活動。該方式雖然能起到很好的檢測效果，但卻只能用于少量神經(jīng)元。而我們的新方法可以使用光學(xué)技術(shù)，同時記錄數(shù)百個神經(jīng)元的活動。”

* F* E& E% g) ^6 Z  x+ v
6 w' s- T9 O5 e% y
其實光學(xué)手段此前也并不罕見，“光學(xué)紀(jì)錄的方式一般使用熒光，這需要很強烈的外部光源。它帶來的副作用就是引起生物組織發(fā)熱并且直接一些生物進程，尤其是那些光敏感的活動。”
' F  y( Y  O# i4 q
Johnson教授和同事對“一種小型生物體，此前乏人關(guān)注的綠藻衣原體”的生物發(fā)光研究，讓他們意識到：如果他們把發(fā)光現(xiàn)象和光遺傳學(xué)相結(jié)合，就可以創(chuàng)造一種新的生物手段，通過光來控制活體組織中的細(xì)胞，尤其是神經(jīng)元細(xì)胞——這將成為研究大腦活動的強有力新型武器。

+ ^$ m, U6 _4 v, C' K( @( }8 U4 {
* l; A  O0 s3 O9 W' w2 J4 A
“新的方法能在黑暗中發(fā)光（works in the dark）！”

具體如何使用這種方法呢？教授把發(fā)光感應(yīng)器附在一種病毒上，該病毒可以感染神經(jīng)元，這樣感應(yīng)器就進入了神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)部。聽起來還蠻嚇人的對不對？

然后研究人員選擇鈣離子作為神經(jīng)元活動的信號標(biāo)志。首先，感應(yīng)器一旦遇到鈣離子就會發(fā)光；其次，鈣離子參與神經(jīng)元的活化過程——神經(jīng)元外的周圍環(huán)境中鈣含量往往較高，但是細(xì)胞內(nèi)部含量很低，但是在神經(jīng)元受到來自“鄰居（另一個神經(jīng)元）”的刺激時，鈣含量會短暫達到尖峰水平。
& v) z/ I  F5 ?% |8 P: S
2 \: C& y% V8 P接著教授他們測試了該方法對大規(guī)模神經(jīng)元們效果如何。他們把感應(yīng)器插入老鼠海馬體的大腦切片（含有數(shù)千個神經(jīng)元）中，然后加入調(diào)高濃度的鉀離子，這導(dǎo)致細(xì)胞的離子通道打開，并且鈣離子含量也會產(chǎn)生變化。然后他們發(fā)現(xiàn)傳感器通過增亮和變暗來響應(yīng)鈣濃度的變化 —— 這證明感應(yīng)器對一群神經(jīng)元能同樣起到檢測作用。

% N- k" `8 {. ?8 i( [0 a2 n
; y& d2 S) s6 v' C3 @
看這幅照片，神經(jīng)元被感應(yīng)器發(fā)出的光芒點亮，想不想茫茫宇宙中一顆耀眼的星星？本來人體中就蘊含著浩如煙海的未解之謎，希望這個頗具傳奇色彩的發(fā)現(xiàn)能帶給人類更多答案。
0 S' {3 f6 l8 G0 k# Q

大陸架

驚訝之美！