小鼠结肠中的“神经弦”。图片来源：鲍哲南及其同事/《自然》
科技日报记者 张梦然
据英国《自然》杂志近日公开的一篇材料科学论文，美国斯坦福大学团队描述了一种模拟组织的传感器，可用于实时监测大脑与肠道的神经递质。研究人员通过研究小鼠的肠道—大脑交流，表明了这种传感器的能力。该设备或有望实现其他身体柔软器官的生物分子传感。
神经递质在人体内各种过程和系统中起到重要作用，监测其动力学对于理解神经元及其目标间交流十分重要。但在活体动物和人类体内研究生物化学信号传输的工具仍十分有限且不发达。目前的探针通常坚硬易碎，导致早期设备故障或严重炎症反应，特别是在一直活动的器官如大脑与肠道中。
为应对这一挑战，斯坦福大学鲍哲南、陈晓科及其同事设计了一种柔性可延展、基于石墨烯的电化学传感器，命名为“神经弦”（NeuroString），可同时并针对性地实时检测大脑和肠道内的多种神经递质。研究人员发现，神经弦可检测小鼠神经递质信号长达16周，展现出优越的长期神经化学检测稳定性。
在一个概念验证实验中，团队利用神经弦传感器检测喂食小鼠巧克力之后，大脑和肠道神经递质浓度的变化。儿茶酚胺和5-羟色胺都是参与调控认知过程和肠道功能的重要神经递质。他们检测到摄入巧克力数秒之后儿茶酚胺在脑中释放，观察到结肠内5-羟色胺在30—60分钟内增加，与食物通过胃肠道的典型运送时间一致。这一结果表明了使用神经弦了解神经递质机制及其在脑-肠轴中作用的潜力。
神经弦的进一步研发计划旨在使其能够以更好地选择性检测不同分子。研究人员总结说，结合其卓越的生物相容性和灵敏度，神经弦平台或可成为在灵长动物体内研究各种信号传递生物分子和电生理信号的有力工具。
总编辑圈点
生命是柔软的，而目前在生命科学领域，绝大多数的研究工具是坚硬的。这些刚性的研究工具，难以完全满足生命科学的研究需求。可以设想，植入体内监测生物化学信号的传感器，如果是个坚硬的物体，在应用中显然很容易与生命体格格不入而出现各种问题。随着柔性材料、柔性电子成为科研热点，许多新研发出的柔性研究工具，可以很好地弥补传统工具之不足。比如像创可贴一样的柔性芯片，可以随时贴在皮肤上监测生命信号，上述研究也是一个很好的范例。