最新利用水分子來解開神經元的秘密！

神經元是通過沿軸突發送電化學信號來相互交流的腦細胞，當神經元即將釋放電荷形式的信號時，它允許離子通過離子通道通過其細胞膜，這種離子轉移在細胞內外產生電位差，這種電位差稱為膜電位。EPFL工程學院(STI)基礎生物光子學實驗室(LBP)的一組研究人員提出了一種監測膜電位變化的方法，並通過研究神經元細胞膜周圍水分子的行為來觀察離子通量。研究人員成功地在離體老鼠神經元上測試了他們的方法，研究發表在《自然通訊》上。

沒有電極和熒光團

更好地理解神經元的電活動可以幫助我們了解大腦中發生的許多過程。例如，科學家可以觀察神經元是活躍的還是靜止的、，或者它是否對藥物治療有反應。到目前為止，監測神經元的唯一方法是將熒光素注射到正在研究的大腦部位，或者將電極連接到該部位——但熒光素可能是有毒的，電極可能損害神經元。最近LBP的研究人員開發了一種方法，通過觀察水分子和神經膜之間的相互作用來追蹤神經元的電活動。LBP主任西爾維?羅克(Sylvie Roke)表示：神經元被水分子包圍，在電荷存在的情況下，水分子會改變方向。當膜電位發生變化時，水分子會重新定向——可以觀察到這一點。

圖片：CC0 Public Domain

在研究中，研究人員通過使神經元受到鉀離子快速流入來改變神經元膜電位。這就導致神經元表面的離子通道(負責調節細胞膜電位)打開，讓離子通過。然後，研究人員關閉了離子的流動，神經元釋放了採集到的離子。為了監測這種活動，研究人員用兩束相同頻率的激光照射細胞，探測了水化的神經元脂質膜。這些光束由飛秒激光脈衝組成——使用的技術獲得了2018年諾貝爾物理學獎——因此，薄膜界面上的水分子產生的光子頻率不同，被稱為二次諧波光。看到了研究的基本和應用意義，不僅可以幫助我們理解大腦用來發送信息的機制，而且還可以吸引對體外產品測試感興趣的製藥公司，現在已經證明可以同時分析單個神經元或任意數量的神經元。

博科園-科學科普｜研究/來自：洛桑聯邦理工學院

參考期刊文獻:《Nature Communications》

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