研究人员开发了一种新型移液器，可以向单个神经元输送离子，而不影响敏感的细胞外环境。控制不同离子的浓度可以提供关于单个脑细胞如何受到影响以及细胞如何协同工作的宝贵见解。这种移液器也可以用于治疗。
林雪平大学的研究人员开发了一种新型移液器，可以向单个神经元输送离子，而不影响敏感的细胞外环境。控制不同离子的浓度可以提供关于单个脑细胞如何受到影响以及细胞如何协同工作的宝贵见解。这种移液器也可以用于治疗。他们的研究已发表在《Small》杂志上。
“从长远来看，这项技术可以用于以极高的精度治疗癫痫等神经系统疾病，”林雪平大学的教授丹尼尔·西蒙（Daniel Simon）表示。
人脑由约850亿到1000亿个神经元组成。它还大致具有相同数量的支持神经元功能的脑细胞，例如提供营养、氧气和愈合。这些细胞被称为胶质细胞，可以分为许多亚组。细胞之间有一个充满液体的空间，称为细胞外环境。
细胞内部和外部环境之间的差异对细胞功能非常重要，其中一个重要方面是这两种环境之间不同类型离子的运输。例如，当钾离子的浓度变化时，神经元会被激活。
已知细胞外环境的整体变化会影响神经元活动，从而影响脑活动。然而，到目前为止，还不知道局部离子浓度的变化如何影响单个神经元和胶质细胞。
之前尝试改变细胞外环境的方式主要是通过某种形式的液体泵入。但这意味着微妙的生化平衡被打乱，使人们很难知道到底是液体中的物质、压力变化还是细胞外液体的涡流导致了活动。
为了解决这个问题，林雪平大学有机电子实验室的研究人员开发了一种直径仅为2微米的微移液器。作为比较，人类头发的直径为50微米，而神经元的直径约为10微米。
利用这种所谓的离子激活微移液器，研究人员可以仅向细胞外环境添加离子，比如钾和钠，以观察这对神经元的影响。胶质细胞，特别是星形胶质细胞的活性也会被测量。
“胶质细胞是构成大脑化学半部分的细胞，我们对它们了解不多，因为此前没有办法准确激活这些细胞，因为它们不会对电刺激作出反应。但神经元和胶质细胞都可以通过化学方式被刺激，”助手教授泰雷西娅·阿尔布林·斯约斯特伦（Theresia Arbring Sjöström）说。
这些实验是在小鼠的海马脑组织切片上进行的。
“神经元对离子浓度变化的反应没有我们最初预期的那么快。然而，星形胶质细胞直接且非常动态地响应。只有当这些细胞被“饱和”后，神经细胞才被激活。这突出了脑中不同类型细胞之间精确调节的动态，以前的技术未能做到这一点，”泰雷西娅·阿尔布林·斯约斯特伦说。
简而言之，可以说该移液器是通过加热玻璃管并将其拉至断点制造的。这会产生一个非常细且尖的尖端。这种类型的微移液器通常用于神经科学研究中，以创建和测量大脑中的电活动。林雪平大学研究人员的离子激活微移液器的尖端填充了特殊适配的离子交换膜，使其能够通过化学方式产生活动。除此之外，它在外观上与传统微移液器完全相同，并以类似的方式进行控制。
“其优点在于，全球有数万人熟悉这种工具，并知道如何使用它。希望这将使其能尽快投入使用，”丹尼尔·西蒙说。
下一步是利用微移液器继续研究健康和病变脑组织中的化学信号传递。研究人员还希望开发药物的投递并研究其对癫痫等神经疾病的影响。
