神經(jīng)系統(tǒng)的基因定向磁控制的詳細(xì)資料說(shuō)明

　　光生和化學(xué)促動(dòng)器對(duì)于解構(gòu)行為的神經(jīng)相關(guān)性至關(guān)重要。然而，這些工具有幾個(gè)局限性，包括侵入性刺激模式或慢開/關(guān)動(dòng)力學(xué)。我們已經(jīng)克服了這些缺點(diǎn)，通過(guò)合成一個(gè)單一的組成部分，磁敏感驅(qū)動(dòng)器，“磁”，包括陽(yáng)離子通道，TRPV4，融合到順磁性蛋白質(zhì)，鐵蛋白。我們通過(guò)使用體外鈣成像分析、腦切片中的電生理記錄、自由活動(dòng)小鼠大腦中的體內(nèi)電生理記錄以及斑馬魚和小鼠的行為輸出來(lái)證明對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)的無(wú)創(chuàng)磁控制。作為概念的證明，我們用磁共振來(lái)描述紋狀體多巴胺受體1神經(jīng)元在介導(dǎo)小鼠獎(jiǎng)賞行為中的因果作用?？傊?，我們的研究結(jié)果顯示磁電機(jī)是一種新型的驅(qū)動(dòng)器，能夠遠(yuǎn)程控制與復(fù)雜動(dòng)物行為相關(guān)的電路。

　　光和化學(xué)促動(dòng)器揭示了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在正常和病理狀態(tài)下的關(guān)鍵特性1–6。雖然光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)都可以遠(yuǎn)程控制神經(jīng)元的刺激，但是光學(xué)策略在空間上受到光對(duì)致密組織滲透性差的限制，而化學(xué)遺傳學(xué)策略的藥代動(dòng)力學(xué)緩慢，在生理相關(guān)的時(shí)間尺度上阻礙了細(xì)胞的活化。因此，仍然需要下一代的非侵入式致動(dòng)器，并且能夠快速和可逆地響應(yīng)7。最近的幾項(xiàng)研究報(bào)道，瞬時(shí)受體電位香草醛1（TRPV1）離子通道可以通過(guò)與鐵存儲(chǔ)蛋白、鐵蛋白或無(wú)機(jī)順磁性納米顆粒耦合而對(duì)無(wú)線電波和磁熱加熱的組合敏感8–12。雖然這些試劑代表了一個(gè)重要的進(jìn)步，但它們是多組分系統(tǒng)（例如，需要輸送納米顆粒和基因編碼的通道），具有可能的脫靶加熱效應(yīng)。一項(xiàng)研究利用體細(xì)胞組織的非熱磁發(fā)生控制來(lái)調(diào)節(jié)血糖13，但一個(gè)完全編碼的單組分磁發(fā)生系統(tǒng)尚未應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)。在這里，我們通過(guò)將非選擇性陽(yáng)離子通道TRPV414–16與順磁性蛋白質(zhì)鐵蛋白17融合，構(gòu)建了一個(gè)磁發(fā)生致動(dòng)器，從而擴(kuò)展了這些策略。我們已經(jīng)成功地將這種促動(dòng)器應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)，并通過(guò)體外鈣成像、腦片電生理學(xué)、體內(nèi)電生理學(xué)以及自由活動(dòng)斑馬魚和小鼠行為的急性調(diào)節(jié)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。