当光是开关:纳米光电二极管研究神经元的活动
在一种新颖的方法中，SISSA的一项新研究使用了一种技术，可以用光脉冲激活单个神经细胞。这种有针对性的、非侵入性的方法可以用于神经系统的基础研究，以及神经系统疾病的创新疗法的开发
一束光可以实时调节单个神经元的活动:这就是创新纳米光电二极管的工作方式，发表在《科学》杂志上的一项新研究的主题科学的进步．这项技术是由里雅斯特SISSA的Laura Ballerini教授团队与芝加哥大学和剑桥大学合作开发的。
当被红外线激活时，纳米级的光电二极管会向它们所连接的神经细胞发送电子信息，调节其功能。然后，刺激的效果可以通过突触接触扩展和放大到周围的神经元网络。像真正的电极一样工作，但采用非侵入性和选择性方法，这些纳米技术对基础研究非常有用，可以深入研究脑电的机制神经系统，还可以开发针对神经系统疾病的靶向疗法。
纳米光电二极管:以下是它们的工作原理
“为了研究神经系统的功能，现在人们对必须非常精确和非侵略性的技术非常感兴趣。我们的战略正是朝着这个方向发展。与迄今为止所探索的不同，我们采用了金属电极或遗传操作和光学技术的光遗传组合，我们追求了一种新的、更具体、更少侵入性的方法，”Ballerini教授和她的合作者Denis Scaini和Mario Fontanini说。
在这项研究中，SISSA研究小组使用了由芝加哥大学开发的创新纳米光电二极管，这种二极管能够与神经细胞的表面膜结合。“光电二极管发光时，用红外线科学家解释道。“通过这种方式，它们可以对神经细胞起电作用，激活它。这对于研究目的非常有用，因为它使我们能够看到特定神经元在给定过程中扮演的角色，而且由于红外能够穿透组织，因此可以从外部以灵活和非侵略性的方式调节其活动。”
但是你怎么得到光电二极管你想研究的神经元?多亏了与剑桥大学的Ljiljana Fruk团队合作开发的巧妙机制:“光电二极管与抗体结合在一起，就像信使一样，将其精确地带到我们想要的地方。这是因为抗体具有很强的特异性，可以识别我们知道的目标神经元表面的结构。”
潜力巨大的新技术
在脊髓外植体的实验室中，SISSA的工作人员专注于研究疼痛通路中涉及的感觉神经元:“我们意识到我们的方法能够选择性刺激单个细胞使我们能够激活具有相反功能角色的单个神经元，例如兴奋性或抑制性，”研究人员解释说。“通过用光电二极管激活脊髓背角上的兴奋性神经元，我们看到了疼痛信号的放大。反之亦然，通过作用于抑制性神经元，得到了相反的效果:疼痛信号的放大被关闭。”
有趣的是，研究还表明，作用于一个神经元可以产生更广泛的影响，影响整个区域的活动。研究人员说:“这正是我们所验证的:通过刺激目标神经元，我们可以调节整个电路的反应，这非常有趣，原因有很多。”
“由于其功能和效率，这种迄今为止只在体外开发的技术可以让我们以一种非常复杂的方式定义神经感觉回路，获得关于单个神经所起作用的非常详细的信息细胞在不同的机制中。因此，这种深入的知识将允许在脊髓水平上设计越来越具体的治疗方法，”Laura Ballerini总结道。
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