“神經弦”實時偵聽大腦與腸道對話

據英國《自然》雜志近日公開的一篇材料科學論文，美國斯坦福大學團隊描述了一種模擬組織的傳感器，可用于實時監測大腦與腸道的神經遞質。研究人員通過研究小鼠的腸道—大腦交流，表明了這種傳感器的能力。該設備或有望實現其他身體柔軟器官的生物分子傳感。

神經遞質在人體內各種過程和系統中起到重要作用，監測其動力學對于理解神經元及其目標間交流十分重要。但在活體動物和人類體內研究生物化學信號傳輸的工具仍十分有限且不發達。目前的探針通常堅硬易碎，導致早期設備故障或嚴重炎癥反應，特別是在一直活動的器官如大腦與腸道中。

為應對這一挑戰，斯坦福大學鮑哲南、陳曉科及其同事設計了一種柔性可延展、基于石墨烯的電化學傳感器，命名為“神經弦”，可同時并針對性地實時檢測大腦和腸道內的多種神經遞質。研究人員發現，神經弦可檢測小鼠神經遞質信號長達16周，展現出優越的長期神經化學檢測穩定性。

在一個概念驗證實驗中，團隊利用神經弦傳感器檢測喂食小鼠巧克力之后，大腦和腸道神經遞質濃度的變化。兒茶酚胺和5-羥色胺都是參與調控認知過程和腸道功能的重要神經遞質。他們檢測到攝入巧克力數秒之后兒茶酚胺在腦中釋放，觀察到結腸內5-羥色胺在30—60分鐘內增加，與食物通過胃腸道的典型運送時間一致。這一結果表明了使用神經弦了解神經遞質機制及其在腦-腸軸中作用的潛力。

神經弦的進一步研發計劃旨在使其能夠以更好的選擇性檢測不同分子。研究人員總結說，結合其卓越的生物相容性和靈敏度，神經弦平臺或可成為在靈長動物體內研究各種信號傳遞生物分子和電生理信號的有力工具。

生命是柔軟的，而目前在生命科學領域，絕大多數的研究工具是堅硬的。這些剛性的研究工具，難以完全滿足生命科學的研究需求。可以設想，植入體內監測生物化學信號的傳感器，如果是個堅硬的物體，在應用中顯然很容易與生命體格格不入而出現各種問題。隨著柔性材料、柔性電子成為科研熱點，許多新研發出的柔性研究工具，可以很好地彌補傳統工具之不足。比如像創可貼一樣的柔性芯片，可以隨時貼在皮膚上監測生命信號，上述研究也是一個很好的范例。