神経細胞の金ナノロッド補助光刺激

最近の研究では、水（> 1400 nmの波長）で赤外光の吸収に関連する過渡的な加熱が神経組織¹及び²心筋細胞の細胞内カルシウムトランジェントに活動電位を誘導するために使用され得ることを実証した。赤外光の使用は、潜在的な細かい空間分解能、組織と直接接触の欠如、刺激アーチファクトの最小化、および必要性の除去に遺伝的に、神経補綴物における用途のために大きな関心を調達している刺激前に細胞を修正する（光遺伝学で必要に応じて^）1。これらの利点の全てにもかかわらず、最近開発されたサーマルモデルは、標的組織/細胞は、複数の刺激部位および/ ​​または高繰返し率は^3,4使用され^ている累積的加熱効果によって影響を受ける可能性があることを示唆した。

これらの課題に対応するため、研究者らは、外因absorを使用する可能性を認識している神経刺激のための繊維が組織内のより局所的な加熱効果を生成する。 Huang らは、遠隔高周波磁場⁵をHEK 293細胞中で温度感受性TRPV1チャネルを活性化するために、超常磁性フェライトナノ粒子を使用してこの原理を実証した。この技術は、より深い浸透（磁場が組織と比較的弱く対話）を可能にすることができるが、応答は、ほんの数秒の周期ではなく、バイオニックデバイス⁵に必要なミリ秒の期間にわたって記録した。同様に、ファラらは、インビトロにおいて黒色微粒子ラット皮質ニューロンの電気刺激を実証した。これらは、潜在的により速い反復率⁶を可能μJの範囲でμsでエネルギーの数百のオーダーのパルス持続時間を使用して刺激における細胞レベルの精度を示した。

外因性の吸収剤の使用はまた、誘導するために適用されているin vitroでの形態学的変化。 Ciofani らは、超音波⁷により励起された圧電窒化ホウ素ナノチューブを用いた神経細胞の伸長で約40％の増加を示した。同様に、PC12細胞におけるエンドサイトーシスされた酸化鉄ナノ粒子は、鉄酸化物⁸の細胞接着分子の活性化を、用量依存的に神経分化を促進することが報告されている。

最近では、神経刺激を支援するための外因性吸収材への関心も、金ナノ粒子（金NPS）を使用することに焦点を当ててきた。 AuのNPは、効率的に、プラズモンピークのレーザ光 ​​を吸収すると熱⁹の形で周囲の環境へと放散する能力を有する。 ¹⁰ -利用可能な粒子形状のすべての中で、金ナノロッド（金のNR）の光吸収が便利に（NIR、750-1,400の間の波長近赤外線）生体組織の治療の窓に一致する。また、続きで神経刺激のextは、金のNRの使用は比較的良好な生体適合性と表面機能オプション¹¹の広い範囲を提供します。最近の研究は、分化刺激効果は、NG108-15神経細胞¹²中のAuのNRの連続レーザ曝露後に誘導できることを示した。同様に、細胞内カルシウムトランジェントは、可変周波数およびパルスで変調されたレーザ照射^13を長後のAuのNRで培養した神経細胞で記録した。細胞膜の脱分極はまた、らせん神経節ニューロン¹⁴の初代培養中のAuのNRの近赤外レーザー照射後に記録した。照射された金のNRとのin vivoでのアプリケーションの最初のは、つい最近実証されている。オムらは彼らのプラズモンピーク時金のNRを露出し、複合神経活動電位（CNAPS）の振幅の6倍に増加し、ラットの坐骨神経における刺激閾値で3倍の減少を記録した。 ENhanced応答はNRプラズモンピーク¹⁵の励起に起因する局所的な加熱効果に起因するものであった。

本論文では、金のNRを用いて培養しNG108-15神経細胞におけるレーザー刺激の効果を調査するためのプロトコルが指定されている。これらのメソッドは、標準的な生物学的技術および材料を用いてインビトロで細胞集団を照射する、シンプルでありながら強力な方法を提供します。プロトコルは、安全な操作で再現性のアライメントを可能にするファイバ結合レーザダイオード（LD）に基づいている。 AuのNRサンプル調製およびレーザー照射方法は、さらに、特定の合成および培養プロトコールはそれぞれ、よく知られている場合に、異なる粒子形状および神経細胞培養物に拡張することができる。