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新型石墨烯神經傳導物感測器!腸—腦軸、軟組織應用潛力大2022-06-27

參考資料:Nature, 2022
腦腸軸(gut–brain axis)是連接大腦與之間腸道的通道,腦腸軸串連人體中多個重要系統,包含內分泌、免疫、與神經系統。腦腸軸中有相當多神經傳遞物質,使得大腦與腸道功能有許多密切關聯,例如腸道微生物組成能調節血清素濃度,進而影響情緒反應。
過去監測體內的神經傳遞物質技術有限,比方難確保探針在體內正常運作,對於大腦與腸道兩個不斷運動的器官,更難以有效監測神經傳遞物。不過 Stanford University 團隊最新發表於《Nature》研究提出新型傳感器 NeuroString,不僅模擬生物體內組織可伸展,可以用於即時測量大腦、腸道的神經傳遞物質,未來應用於其他軟器官也有極大潛力。
監測神經傳遞物質的現有感測器
神經傳遞物質是神經元溝通的媒介,在人體中樞神經系統(CNS)中相當重要,常見神經傳遞物質有多巴胺(dopamine)、血清素(serotonin),參與大腦的情緒、記憶、認知功能。神經傳遞物質濃度失調也被認為與成癮、帕金森氏症(Parkinson’s disease) 疾病成因有關。除了中樞神經,腸胃道的神經元分佈大量神經元,也含有高濃度的神經傳導物質。
監測中樞神經和腸道系統中的神經傳遞物質對於了解神經功能、診斷疾病和制定治療性神經調節策略至關重要。目前較常見的感測器是二氧化矽包覆的碳纖維電極,但這類裝置材質堅硬、易碎、設備故障可能導致發炎反應,且大腦、腸道屬於柔軟、形狀不斷運動變化的器官構造,在應用上面臨更多限制。
石墨烯 NeuroString 感測器在軟組織的應用無窮!
為了克服現有感測器的不穩定性與安全風險,史丹佛大學研究團隊設計的新型電化學感測器 NeuroString,是以石墨烯(graphene)為主要材質,不僅與生物體組織相容,檢測高敏度可以即時監測大腦與腸道中的神經傳遞物質狀態。在小鼠試驗中,NeuroString 能長達 16 週置於小鼠體內,穩定監測神經物質(包含多巴胺與血清素)濃度。
未來團隊將繼續提升 NeuroString 的感測靈敏度,並提升其空間分辨率,監測神經元功能將更加準確。此外,團隊也會持續驗證石墨烯材質長期置於生物體內安全性,甚至可以更精準區辨不同的檢測分子,用於大腦、腸胃道等相關軟組織器官都有應用潛力。
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