近日 ， 有研究人员成功改造了活体小鼠的神经元 ， 使其能够对超声波做出反应 ， 从而使它们能够激活动物运动皮层中的细胞 ， 并控制它们腿部的运动 。 研究者解释道 ， 他们的技术也适用于培养皿中的人体细胞 ， 并且有朝一日 ， 可能会促进非侵入性起搏器和深部脑刺激传递系统的发展 。
几年前 ， 这项研究的作者Sreekanth Chalasani和他在索尔克研究所（Salk Institute）的同事合作 ， 首次开发了使用超声波激活细胞的超声遗传学 。 在2015年的一篇论文中 ， 该团队揭示了一种名为TRP-4的蛋白质——它通过调节带电离子在细胞膜上的运动 ， 来控制细胞的活化——对超声波产生反应 。
因此 ， 他们设计了蛔虫细胞以包含TRP-4 ， 并发现 ， 团队能够使用超声波手动激活这些细胞 。 然而 ， 当研究人员使用哺乳动物细胞重复实验时 ， 却无法产生相同的结果 。
而这次的新研究中 ， 研究者着手确定可用于超声波激活哺乳动物细胞的类似蛋白质 。 为此 ， 他们对人类胚胎肾(HEK)细胞进行了基因改造 ， 使其表达一系列不同的蛋白质 ， 然后再将它们暴露于超声波脉冲中 。
在测试了总共191种不同的候选蛋白质后 ， 研究作者指出 ， 一种名为TRPA1的化合物 ， 始终能引起细胞对超声波的反应 。 TRPA1有时被称为芥末受体（Wasabi receptor） ， 与TRP-4相似 ， 因为它是一种通道蛋白 ， 这意味着它通过允许钙离子穿过细胞膜而在细胞活化中发挥作用 。
在人类中 ， TRPA1通常会对疼痛、热和刺激物做出反应 ， 引发咳嗽或流泪等反应 。 当表达这种蛋白质的HEK细胞暴露于超声波时 ， 研究人员检测到钙离子通过通道流入 ， 表明细胞活化 。
为了深入研究 ， 研究者对小鼠进行了基因改造 ， 以在其运动皮层的神经元中表达TRPA1 。 用超声波脉冲这些啮齿动物 ， 可以使它们移动右前肢和后肢 ， 尽管左肢的运动发生的频率较低 。
与此同时 ， 研究人员在啮齿动物的声学改变脑细胞中检测到一种称为c-fos蛋白质（这是神经元活动的标志物）的增加 ， 证实这些肢体运动确实是由超声波诱导的这些神经元 。
研究者表示 ， 目前已知超声波是安全的 ， 它可以穿过骨骼、肌肉和其他组织 ， 使其成为操纵身体深处细胞的终极工具 。
题为Sonogenetic control of mammalian cells using exogenous Transient Receptor Potential A1 channels的相关研究论文发表在《自然-通讯》上 。
前瞻经济学人APP资讯组
论文原文：
【未来或实现“声控”人脑？超声波首次成功控制小鼠脑细胞】https://www.nature.com/articles/s41467-022-28205-y
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