據(jù)12月20日,，每日科學(xué)--一篇已定于在自然-光子學(xué)（Nature Photonics）1月期上刊登的文章介紹了利用旋轉(zhuǎn)的微粒體指導(dǎo)神經(jīng)纖維的生長，這一發(fā)現(xiàn)可能使芯片上的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)定向生長以及促進(jìn)脊髓或腦損傷的治療方法,。
阿靈頓郡（Arlington）德克薩斯大學(xué)助理教授Samarendra Mohanty,，文章的共同作者之一,，目前在線。
這項研究基于Mohanty的假想,，即神經(jīng)元能夠?qū)Τ四茼憫?yīng)化學(xué)信號,，也能夠響應(yīng)物理信號（如流體的流動）。他進(jìn)行了開創(chuàng)性的工作,，并觀察到,，激光驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)方解石微粒能夠引導(dǎo)神經(jīng)元的生長方向。它的旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造了一個微小的流體流動從而引起了一個剪切作用,。
Mohanty的工作引起加州大學(xué)歐文分校由Michael Berns領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊測試球霰石"微型馬達(dá)"對神經(jīng)元的引導(dǎo)作用,。
Mohanty說，"這是第一次報道證明神經(jīng)元能夠被一種可控微流體流動的方式轉(zhuǎn)向,。用這種方法,，我們可以指導(dǎo)神經(jīng)元向右轉(zhuǎn)或者向左轉(zhuǎn)，同時我們可以按需要迅速的插入或移除旋轉(zhuǎn)的珠子,。但流體可以以任何方式產(chǎn)生,。比如在人體上，使用管子來攜帶液體可能更方便,。"
加州大學(xué)歐文分校的研究人員利用激光光鑷系統(tǒng)來捕捉一個雙折射粒子（方解石或球霰石）靠近軸突生長錐（軸突生長錐是神經(jīng)元的末梢）,，在神經(jīng)元的末梢形成了與其他神經(jīng)元或細(xì)胞之間的連接。同樣激光引起了微粒子的旋轉(zhuǎn),，創(chuàng)造了流體,，Mohanty說道。
這篇文章報道稱,，這種新方法成功的轉(zhuǎn)變了軸突朝新方向的轉(zhuǎn)向,，達(dá)到了試驗總時間的42%。作者指出,，該方法也能用于穿過2個旋轉(zhuǎn)的粒子之間生長,。這種效應(yīng)同樣也可能以更大的規(guī)模重現(xiàn)，他們說,。
"你可以想象這些設(shè)備上的大型陣列,，它們能夠指導(dǎo)大量的軸突到達(dá)不同的地點，"作者寫道,。"這可能具有用于體內(nèi)指導(dǎo)軸突再生以調(diào)解大腦和脊髓的修復(fù)的潛力,。"
Mohanty說，在神經(jīng)發(fā)生的過程（通過這個過程,，神經(jīng)元在胎兒的體內(nèi)生長和發(fā)育）中,，腦脊液的流動可以指導(dǎo)神經(jīng)元到達(dá)它們的目的地。他在位于德州大學(xué)阿靈頓的實驗室目前正在開發(fā)一種新型光學(xué)方法，使長距離的光學(xué)指導(dǎo)達(dá)到100%的有效性而不必用任何額外的外部物體,。
除加州大學(xué)歐文分校和德州大學(xué)阿靈頓分校外，自然光子學(xué)研究的其他作者來自于澳大利亞昆士蘭大學(xué)的量子科學(xué)研究室,。
文章稱,，實驗揭示了剪切力或側(cè)向力對神經(jīng)元生長的作用，這些知識將可能適用于細(xì)胞生長的其他形式,。（生物谷bioon.com）
doi:10.1038/nphoton.2011.287
PMC:
PMID:
A photon-driven micromotor can direct nerve fibre growth
Tao Wu, Timo A. Nieminen, Samarendra Mohanty, Jill Miotke, Ronald L. Meyer, Halina Rubinsztein-Dunlop, Michael W. Berns.
Abstract: Axonal path-finding is important in the development of the nervous system, nerve repair and nerve regeneration. Thebehaviour of the growth cone at the tip of the growing axon determines the direction of axonal growth and migration.We have developed an optical-based system to control the direction of growth of individual axons (nerve fibres) usinglaser-driven spinning birefringent spheres. One or two optical traps position birefringent beads adjacent to growth conesof cultured goldfish retinal ganglion cell axons. Circularly polarized light with angular momentum causes the trapped beadto spin. This creates a localized microfluidic flow generating an estimated 0.17 pN shear force against the growth conethat turns in response to the shear. The direction of axonal growth can be precisely manipulated by changing the rotationdirection and position of this optically driven micromotor. A physical model estimating the shear force density on the axonis described.
