近日，有研究人員成功改造了活體小鼠的神經元，使其能夠對超聲波做出反應，從而使它們能夠激活動物運動皮層中的細胞，并控制它們腿部的運動。研究者解釋道，他們的技術也適用于培養皿中的人體細胞，并且有朝一日，可能會促進非侵入性起搏器和深部腦刺激傳遞系統的發展。
幾年前，這項研究的作者Sreekanth Chalasani和他在索爾克研究所(Salk Institute)的同事合作，首次開發了使用超聲波激活細胞的超聲遺傳學。在2015年的一篇論文中，該團隊揭示了一種名為TRP-4的蛋白質——它通過調節帶電離子在細胞膜上的運動，來控制細胞的活化——對超聲波產生反應。
因此，他們設計了蛔蟲細胞以包含TRP-4，并發現，團隊能夠使用超聲波手動激活這些細胞。然而，當研究人員使用哺乳動物細胞重復實驗時，卻無法產生相同的結果。
而這次的新研究中，研究者著手確定可用于超聲波激活哺乳動物細胞的類似蛋白質。為此，他們對人類胚胎腎(HEK)細胞進行了基因改造，使其表達一系列不同的蛋白質，然后再將它們暴露于超聲波脈沖中。
在測試了總共191種不同的候選蛋白質后，研究作者指出，一種名為TRPA1的化合物，始終能引起細胞對超聲波的反應。TRPA1有時被稱為芥末受體(Wasabi receptor)，與TRP-4相似，因為它是一種通道蛋白，這意味著它通過允許鈣離子穿過細胞膜而在細胞活化中發揮作用。
在人類中，TRPA1通常會對疼痛、熱和刺激物做出反應，引發咳嗽或流淚等反應。當表達這種蛋白質的HEK細胞暴露于超聲波時，研究人員檢測到鈣離子通過通道流入，表明細胞活化。
為了深入研究，研究者對小鼠進行了基因改造，以在其運動皮層的神經元中表達TRPA1。用超聲波脈沖這些嚙齒動物，可以使它們移動右前肢和后肢，盡管左肢的運動發生的頻率較低。
與此同時，研究人員在嚙齒動物的聲學改變腦細胞中檢測到一種稱為c-fos蛋白質(這是神經元活動的標志物)的增加，證實這些肢體運動確實是由超聲波誘導的這些神經元。
研究者表示，目前已知超聲波是安全的，它可以穿過骨骼、肌肉和其他組織，使其成為操縱身體深處細胞的終極工具。
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