纳米超声造影剂在神经调控技术中的应用基础研究

Ultrasonic molecular imaging and neuromodulation are the hotspot research. Ultrasonic neuromodulation is a new noninvasive technique of nerve stimulation，that can produce reversible two-way neural regulating function, has a very good application prospect. Ultrasound contrast agent is expected to control the mechanical sensitivity ion channels on neuron membrane function, and to enhance the efficiency of ultrasonic neuromodulation. Ultrasound contrast agent has the potential research value for ultrasonic neuromodulation. Based on our accumulation of contrast-enhanced ultrasound study, we try to develop a special nanoscale ultrasound contrast agent(loaded machinery expression vector),and study its role in the ultrasonic neuromodulation: (1) the effect of nanoscale ultrasound contrast agent enhanced ultrasound neuromodulation (2) through the gene-transfer function of nanoscale ultrasound contrast agent, the cells in a particular area highly express the ultrasonic sensitive mechanical ion channels, then the increased effective ultrasonic neuromodulation will be studied. These research will provide a new way for ultrasonic neural control technology ,and also lay the foundation for the development of a new generation of ultrasound contrast agents.

超声分子影像学与神经调控技术均为目前研究的热点，超声神经调控是一种无创性的新型神经刺激技术，可产生可逆的双向神经调节功能，具有很好的应用前景，超声造影剂有望通过对神经元细胞膜上的机械敏感离子通道的作用，增效超声神经调控，有潜在的研究价值。基于长期以来对超声造影相关领域的研究积累和认识，我们设想，开发并应用一种可用于体内的、装载机械离子通道表达载体的纳米超声造影剂，研究其在超声调控神经中的作用及机制：（1）纳米超声造影剂增强超声神经调控的作用（2）通过纳米超声造影剂的基因导入功能，使特定区域细胞高表达超声敏感的机械离子通道，增加超声对神经元细胞的有效调控。以上研究，将为超声神经调控技术提供新的思路和方向，也为新一代超声造影剂的发展奠定基础。

超声分子影像学与神经调控技术均为目前研究的热点，超声神经调控是一种新型无创性神经刺激技术，具有很好的应用前景，超声造影剂可通过对细胞膜上的机械敏感离子通道的作用，增效调控作用。本研究制备了多功能载机械离子通道表达载体的纳米超声造影剂，实现了超声增效神经调控作用的目标，初步探讨了其机械效应的增效机制，并依据超声辐照和/或造影剂产生的特殊的机械效应机制，开展了相关的延伸研究，为超声联合纳米造影剂在增效神经调控、促进成骨分化等方向提供了新的思路，也为新一代多功能超声造影剂的发展和功能延伸奠定了一定基础。研究工作主要进展和结果：1）在PD模型实验中，我们发现，LIPUS可减轻小鼠MPTP的中枢神经毒性，减少黑质致密部酪氨酸羟化酶阳性神经元的丢失，减少黑质细胞凋亡，改善小鼠的运动和平衡功能障碍，抑制MPP+诱导的多巴胺能神经元活性降低和凋亡的增加，抑制MPP+引起的ROS的积累和线粒体膜电位的降低。其机制为：TRPM7离子通道与Mg2+转运的协同作用。2）我们通过选择适当的、安全的LIPUS能量-时间窗，研究了LIPUS通过YAP保护视网膜神经节细胞免受视神经损伤诱导的细胞凋亡。结果显示：LIPUS在体内和体外均能保护RGC免于细胞的丢失和凋亡。在LIPUS处理下，裂解/前半胱天冬酶3的比值显著降低。作为细胞机械传感器，LIPUS刺激组的YAP表达增加，YAP易位到细胞核，但磷酸化YAP表达降低。当YAP被抑制时，LIPUS不能保护RGC免受半胱天冬酶3依赖性的细胞凋亡。3）在LIPUS诱导BMSCs成骨分化的过程中，TRPM7和细胞骨架微丝可响应LIPUS的机械压力。我们制备了靶向纳米微泡(cRGD-NBs)，可附着在细胞膜上，作为纳米机械力发生器，对细胞膜和细胞内施加机械力，激活TRPM7，介导细胞外钙流入，促进成骨。