基于力学钳与膜片钳同步测定技术探索感觉神经元力信号转导机制

In the mammalian somatosensory system, mechanosensory neurons mediate the sense of touch and pain. The molechular and cellular mechanism for mechanoreception during sensations of touch and pain remains unclear. Simultaneous mechano-clamp and patch clamp technique has been used to dissect the mechanotransduction-based response.We will elucidate the relationship between cell size and the mechanosesentivity of sensory neurons. By employing T-type calcium channel and TRPA1 knocout mice to determine the role of T-type calcium channel and TRPA1 in mechanotransduction in the sensery neuron. This approach will undoubtedly accelerate our understanding of mechanotransduction mechanism in mammalian sometosensation, facilitating future pathology studies of pain.

本体感觉系统可将力学信号转化为电信号并传递到中枢神经系统形成痛觉和触觉,但本体感觉神经元感受和传递力学信号的机制尚不清楚。由于感觉神经末梢微小的物理尺度，传统的实验方法很难对其进行力学加载。本项目将建立力学钳（mechano-clamp）与膜片钳同步测定技术对感觉神经末梢和胞体进行力学加载和电信号同步记录的方法，结合力敏感离子通道基因敲除小鼠来分析感觉神经元胞体加载和亚细胞层次（感觉神经末梢）加载后细胞的不同响应。阐明力敏感TRPA1和T型钙通道在感觉神经元力信号感受和转导中的作用，揭示不同直径神经元对力敏感性的不同以及力学刺激后产生不同形式电流动力学和动作电位图式的机制。这些研究将为了解细胞力学信号转导以及疼痛等疾病的发病机制提供重要的参考资料。

当神经系统发生疾病时，其组织硬度会发生变化。反过来会影响神经元及网络的电活性。认识清楚神经网络是如何感受到基底硬度变化这一基础问题，对治疗创伤以及神经组织纤维化等疾病具有重要的意义。本项目应用钙成像、力学钳（mechano-clamp）与膜片钳同步测定技术就感觉神经元、中枢神经网络对基底硬度感受的机制进行了系统的分析，并结合力敏感离子通道基因敲除技术探索感觉神经元胞体加载和亚细胞层次（感觉神经末梢）加载后细胞的不同响应。阐明力敏感Piezo和T-型钙通道, N-型钙通道在中枢与感觉神经元力信号感受和转导中的作用，揭示不同类型和亚类神经元对力信号感受的机制。这些研究将为了解细胞力学信号转导，疼痛、创伤以及神经组织纤维化等疾病的发病机制提供重要的参考资料。.本项目取得以了下几个方 面的研究结果： . 1 应用PDMS作为基质合成不同硬度的基底。研究结果显示，应用PDMS作为基质可合成弹性模量不同，但表面拓扑结构相同的细胞生长基底。这些不同弹性模量的基底经粘附分子包覆后，感觉神经元和中枢神经元均可良好的贴壁、稳定的生长并形成网络。. 2 研究显示，感觉神经元与中枢神经元均可以感受到基底硬度。不同类型的神经元对力信号感受的机制不同。中枢神经元和中等尺度感觉神经元通过N-型钙通道来感受，而小尺度神经元由T-型钙通道来感受基底硬度。. 3 在硬的基底上神经网络的电活性明显升高。在网络感受基底刚度中神经胶质细胞起重要的作用。而胶质细胞是通过Piezo蛋白来感受基底刚度的。. 4 神经元和胶质细胞通过主动收缩力来调控Piezo的活性进而感受基底刚度的。