关键词:
适体
电化学
氧化还原电势法
体内分析
神经元兼容性
摘要:
神经化学事件涉及不同时空维度的生物信号,构成神经功能和疾病的复杂基础。电化学测量能够在多个时空分辨率下实时量化神经化学物质,可为解码连接囊泡和大脑的分子网络提供信息线索,有助于洞察大脑的生理和病理过程。传感器技术的进步为加速我们对脑功能和疾病的理解提供了巨大的机会,然而,在不破坏原生中枢神经系统的情况下,以高度选择性的方式在体内研究神经化学物质仍然是一个巨大的挑战。本研究构筑了一个神经元兼容的传感平台,结合了原电池型氧化还原电位分析系统(GRP)的神经元兼容性和核酸适体的精准识别靶标的特性,实现对麻醉大鼠脑中多巴胺(DA)的动态的特异性监测。具体研究内容如下:(1)GRP传感平台的构筑和传感性能研究。在单根碳纤维两端设计一对自发的氧化还原反应,使整个体系的吉布斯自由能(ΔG)小于零,无需外部供电即可实现对电活性神经化学物质的传感。进一步将疏水的硫代磷酸多巴胺适体修饰于碳纤维电极表面,实现了DA的高灵敏和选择性感知。(2)适体GRP电极(apt GRP)的选择性和稳定性。以DA为靶标分子,在许多具有相似形式电位或浓度为2000倍的干扰物质共存的情况下,apt GRP传感平台仍表现出优异的选择性和灵敏度。此外,apt GRP在牛血清白蛋白和胎牛血清的孵育后灵敏度几乎不变,表现出高生物稳定性和抗污染特性。(3)适体GRP电极(apt GRP)的原位传感和同步记录研究。首先评估了apt GRP在活动物大脑实时探测DA动态的能力,原位高钾刺激和环路电刺激结果表明,apt GRP在测量体内DA动态变化方面具有出色的灵敏度和时间分辨率。apt GRP对神经元活动的影响可以忽略不计,神经元放电频率无统计学差异,证明apt GRP有极高的神经元兼容性。在此基础上,结合apt GRP和商用微阵列电生理电极(MEA)研究了KCl刺激诱导的纹状体(Str)中DA动态变化与神经元放电频率的实时相关性,实现化学信号和神经元活动的同步记录。鉴于适体化学序列的高度可编程性和与神经元兼容性的GRP系统的可结合特性,这个apt GRP平台可以很容易地扩展到其他神经化学物质的研究,从而为更好地理解和控制大脑信号传输的分子机制创造巨大的机会。