Nature子刊：香港理工大学孙雷团队通过超声波精准调控小鼠运动行为

超声波与纳米技术的结合，为神经调控带来新突破！

近期，香港理工大学生物医学工程学系孙雷教授团队（侯璇迪、景佳宁为共同第一作者）在Nature Communications期刊发表了题为：Nanobubble-actuated ultrasound neuromodulation for selectively shaping behavior in mice 的研究论文 【1】 。

该研究利用低强度超声驱动生物源性纳米气体囊泡靶向刺激小鼠不同脑区，实现对小鼠运动行为的调控，并改善抑郁小鼠症状。 该研究为微创、精准的神经调节提供了新思路，有望为神经科学和脑疾病治疗带来革新。

经颅超声神经刺激（Transcranial Ultrasound Stimulation，TUS） 是一种极具潜力的新一代神经调控技术。经颅超声可以无创地穿过颅骨并聚焦在深脑毫米级区域，在人脑功能研究和疾病治疗中展现了巨大的潜力。如何实现精准的超声神经调控，是目前重要的研究方向。目前正在发展的方法包括：超声声遗传学、超声热遗传学等。而该研究则提供了一种无需转基因的新方法。

气体囊泡（gas vesicles，GVs） 是一种独特的可被基因编码的富含气体的蛋白质纳米结构，主要在水栖光合生物中表达，作为调节浮力的一种手段。它具有独特的声学特性，近年的系列研究展示了其在超声分子影像中的巨大潜力，被认为是超声成像中的“荧光蛋白”。

GVs在超声波声场中会产生振动，研究人员曾利用这一现象，将超声能量集中化在GVs附近，从而利用较低的超声强度实现了对深脑区的靶向激活 【2】 。近期研究结果表明，纳米气泡协同低强度超声（PGVs+US）可实现亚毫米区域神经激活，用于调控两个相邻的深部脑区，进而诱发小鼠产生不同的运动行为（冻结或旋转）。此外，该技术还可用于神经疾病的治疗，通过靶向激活DRN中的5-HT神经元改善了小鼠抑郁样行为 【1】 。

图1. a) 实验原理图，PGVs 介导超声波激活神经元机械敏感离子通道；b) PGVs+US刺激引发细胞内钙信号 (Fluo 4)荧光成像。

图2. a) 小鼠头部的超声刺激装置；b) 显示 Saline + （左）或 PGVs + （右）小鼠运动轨迹；c) 同一 PGVs + 小鼠在超声刺激之前（左）运动和期间（右）的静止图像；d) 记录小鼠在超声之前、期间和之后的运动轨迹；e)小鼠在悬尾试验（TST）期间的不动时间；f）小鼠在强迫游泳测试（FST）期间的不动时间。

这项研究为微创、精准的神经调节提供了新思路，有望为神经科学和脑疾病治疗带来革新。香港理工大学生物医学工程学系孙雷教授为该论文的通讯作者，侯璇迪博士和博士生景佳宁为该论文共同第一作者。

论文链接:

1. https://www.nature.com/articles/s41467-024-46461-y

2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101934