在现代医学中,调节器官功能的神经信号是一种治疗多种疾病的新方法,例如炎症、高血压、糖尿病、肥胖和胃肠疾病等。然而,现有的神经刺激策略,如植入式电极或经皮电磁场,往往只能刺激较大的神经或接近皮肤表面的神经。现在,科学家们开发了一种新的非侵入性技术,即超声波(U/S)刺激,它能够精确地靶向并刺激特定器官内的神经。
重点发现
研究人员发现,通过将超声波能量直接聚焦在脾脏和肝脏的特定神经支配点上,可以调节与全身炎症和血糖调节相关的生理途径。这种技术不仅能够减轻内毒素诱导的细胞因子产生和高血糖,而且与侵入性迷走神经刺激(VNS)相比,它能够更精确地调节脾脏(抗炎)与肝脏(代谢)途径。
使用的具体方法
超声波刺激技术:使用1.1MHz的高强度聚焦超声波(HIFU)换能器,通过水耦合将超声波传递到实验动物身上。研究人员利用超声成像技术精确定位刺激目标,然后应用超声波刺激。
动物模型和刺激协议:使用Sprague–Dawley大鼠和C57black/6小鼠作为实验模型,通过腹腔注射内毒素(LPS)来诱导炎症和代谢功能障碍。
生理和生化分析:通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和高效液相色谱(HPLC)等方法,测量与神经调控相关的神经递质和细胞因子的浓度。
磁共振成像(MRI)和扩散加权功能磁共振成像(DfMRI):用于检测超声波刺激引起的神经活动变化。
最终结论
研究结果表明,非侵入性超声波刺激技术能够精确地调节特定器官内的神经活动,为神经调控提供了一种新的方法。这种技术不仅能够减轻炎症和改善血糖调节,而且具有很高的空间特异性,不会影响其他非靶向器官。这一发现为未来开发新的生物电子医疗设备提供了可能,这些设备可以替代药物治疗,为多种疾病提供新的治疗选择。
出处
本文的发现发表在《自然通讯》(Nature Communications)上,文章标题为“Noninvasive sub-organ ultrasound stimulation for targeted neuromodulation”,作者为Victoria Cotero, Ying Fan, Tea Tsaava 等人,发表时间为2019年。原文链接为:https://www.nature.com/articles/s41467-019-08750-9。