《Nature》一种模仿组织的神经递质传感器

　　

斯坦福大学的研究人员开发了一种名为NeuroString的模仿组织的可拉伸传感器，用于实时测量大脑、肠道和其他软器官中的神经递质动态。该具有弹性和适形性的生物传感界面在研究神经递质对脑-肠交流的影响方面具有广阔的潜力，并可推广到全身其他软器官的生物分子传感。

这种柔软的生物分子监测仪在《Nature》杂志上发表了一篇题为“大脑和肠道的组织样神经递质传感器”的文章。

神经递质是神经元产生和释放的信号分子，在调节中枢神经系统(CNS)和外周(包括胃肠道)的神经回路动力学中发挥重要作用。

在中枢神经系统中，包括多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)在内的单胺类物质参与情绪、觉醒和记忆等认知过程的调节。失调的单胺信号是许多精神和神经疾病的共同特征，包括成瘾，重性抑郁障碍和帕金森病。在中枢神经系统之外，5-HT密切调节肠道功能和微生物群，是肠脑通信系统的重要组成部分。

监测中枢神经系统和胃肠道系统的神经递质动态对理解神经功能、诊断疾病和制定治疗性神经调节策略至关重要。近年来，随着基因编码荧光传感器在灵敏度、选择性和快速动力学方面的发展，生物电子学已广泛应用于非转基因动物和人类临床研究。

然而，目前的神经递质传感仪器——主要是软的或小型化的电生理设备——大多依赖于硅封装的碳纤维电极，这些电极坚硬、易脆，且传感功能的可调性有限。这些僵硬的探针可能会导致早期设备故障或严重的炎症反应，因为由于心肺循环和身体运动，大脑正在经历不断的运动和变形。类似地，胃肠道是由一系列柔软、长、扭曲的器官组成，具有不同的运动模式。在主动移动的胃肠道中，对5-HT动态进行高保真的电或光学测量一直是一个长期的挑战。

鲍哲南博士、陈晓科博士和斯坦福大学的同事证明，NeuroString是一种柔软且可拉伸的石墨烯生物传感神经接口，用于监测单胺类神经递质(包括DA和5-HT)在活体动物大脑和肠道中的动态变化。具有组织样的机械特性，NeuroString可以敏锐地与胃肠道黏膜连接，并在小鼠中枢神经系统中允许长期稳定和多重的神经化学传感。

虽然与最新的基因编码荧光探针相比，NeuroString的灵敏度和选择性较低，但这种电化学方法有利于在人类中转化使用。作者指出，进一步的发展将致力于提高传感器的空间分辨率、选择性和多路性，将其与无线电子集成，并验证其长期植入性能。

A tissue-like neurotransmitter sensor for the brain and gut