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神经系统的基因定向磁控制的详细资料说明
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光生和化学促动器对于解构行为的神经相关性至关重要。然而，这些工具有几个局限性，包括侵入性刺激模式或慢开/关动力学。我们已经克服了这些缺点，通过合成一个单一的组成部分，磁敏感驱动器，“磁”，包括阳离子通道，TRPV4，融合到顺磁性蛋白质，铁蛋白。我们通过使用体外钙成像分析、脑切片中的电生理记录、自由活动小鼠大脑中的体内电生理记录以及斑马鱼和小鼠的行为输出来证明对神经元活动的无创磁控制。作为概念的证明，我们用磁共振来描述纹状体多巴胺受体1神经元在介导小鼠奖赏行为中的因果作用。总之，我们的研究结果显示磁电机是一种新型的驱动器，能够远程控制与复杂动物行为相关的电路。
光和化学促动器揭示了神经网络在正常和病理状态下的关键特性1–6。虽然光遗传学和化学遗传学都可以远程控制神经元的刺激，但是光学策略在空间上受到光对致密组织渗透性差的限制，而化学遗传学策略的药代动力学缓慢，在生理相关的时间尺度上阻碍了细胞的活化。因此，仍然需要下一代的非侵入式致动器，并且能够快速和可逆地响应7。最近的几项研究报道，瞬时受体电位香草醛1（TRPV1）离子通道可以通过与铁存储蛋白、铁蛋白或无机顺磁性纳米颗粒耦合而对无线电波和磁热加热的组合敏感8–12。虽然这些试剂代表了一个重要的进步，但它们是多组分系统（例如，需要输送纳米颗粒和基因编码的通道），具有可能的脱靶加热效应。一项研究利用体细胞组织的非热磁发生控制来调节血糖13，但一个完全编码的单组分磁发生系统尚未应用于神经系统。在这里，我们通过将非选择性阳离子通道TRPV414–16与顺磁性蛋白质铁蛋白17融合，构建了一个磁发生致动器，从而扩展了这些策略。我们已经成功地将这种促动器应用于神经系统，并通过体外钙成像、脑片电生理学、体内电生理学以及自由活动斑马鱼和小鼠行为的急性调节对其进行了验证。
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