日前，中国科大学上海先进技术研究院郑海荣课题组和四川学院医大学李月舟课题组合作，在Nano刊物发表了题为ofofMscL的研究论文。该项研究将超声幅射力和机械敏感性离子通道结合上去，首次在神经元上通过超声剌激激活机械敏感性离子通道，并借以精确控制神经元的激动性。该成果开拓了超声在骨科学研究中的新方向，为超声遗传学技术的进一步发展奠定了基础，具有重要的理论意义和应用价值。
近些年来盛行的光遗传学技术，被称为是21世纪神经科学领域最引人注目的革新，在猴、鼠、果蝇、线虫等模式生物中得到广泛应用。其主要原理是采用基因操作技术将真菌的光敏感蛋白转到到特定类型的神经元中进行抒发，并通过不同波长的光照剌激光敏感蛋白，进而导致细胞膜两侧的膜电位发生变化，达到对细胞选择性地激动或则抑制的目的。并且在喂奶植物中，光遗传学技术须要通过枕骨放疗将特定波长的光线引入脑中，这些外伤性为其在活体的应用带来一定的局限。为此，越来越多的研究人员将眼神转向无损伤的方式，例如通过超声，可以无损伤地穿透深入脑部或其他组织内部，而且可以通过聚焦获得精确定位。
因为细胞对超声的响应能力有限，为了达到通过超声精确控制神经元的目的，须要找到一种介质既可以挺好地响应超声剌激细胞膜选择性通透，又可以在神经元抒发并赋于神经元灵敏的超声敏感性。考虑到超声的机械效应，机械敏感性离子通道是一个挺好的选择。机械敏感性离子通道是近些年来发觉的一种新型离子通道，有别于传统的电压敏感，以及卟啉门控类型的离子通道，它体会细胞形变等方法造成的膜张力的变化而开放，导致细胞内外离子的跨膜运输，参与介导诸多的生命活动，其功能愈来愈遭到注重。李月舟课题组常年以来旨在于机械敏感性离子通道开放机制和功能研究，郑海荣课题组把握了奇特的超声幅射力神经调控技术，在超声神经调控仪器研发方面积累了丰富的经验，三者的合作促使了该项研究。
实验中，课题组选择了来自真菌的机械敏感性离子通道MscL。MscL具有作为纳米开关的天然优势。它结构简单，只有136个多肽，容易在真核生物抒发；它自身可以直接被膜张力所激活，但是不须要其它成份的参与；它开放产生30埃左右的巨大孔径，通透效率高；它不和其它蛋白互相作用，不会干扰细胞的其它功能。课题组首先建立了重组MscL基因的病毒，之后通过病毒感染在原代培养的小鼠神经元中抒发MscL通道。结果表明MscL可以在神经元上功能性抒发，并对机械剌激保持敏感（图2）。
在基金委重大科研仪器支持下，郑海荣课题组设计开发了一系列跨尺度超声神经调控工具（图3）。超声幅射力神经剌激芯设计基于不同外频叉指换能器指条长度、形状、对数和声孔径规格，通过标准微纳加工技术光刻，溅射叉指换能器电极，制备微型声场可调超声神经剌激芯片细胞膜选择性通透，形成高硬度局域声场及超声幅射力可有效作用于神经元细胞。该芯片可与钙成像、膜片钳等生物学手段相兼容，实时检测超声诱发的生物效应，为超声神经调控医治神经类疾患提供基础和理论根据。同时研发的植物超声神经剌激系统可对深部脑核团和神经支路举办无创、动态和网路式的神经剌激与调控。该技术和工具的研发可在脑疾患的研究、神经科学基础研究及其相关领域科学广泛应用。该研究结果为后续的活体超声遗传学奠定了基础，并有望通过进一步开发的多面阵、多焦点的深部脑剌激超声调控仪器解析神经支路，并对癫痫症、抑郁症等脑疾患提供新的研究，甚至是医治的有效新工具。
山西学院医大学博士生叶佳、唐思阳，以及上海先进院副研究员孟龙是论文的第一作者，郑海荣和李月舟是论文的通信作者。参与该工作的还有湖北学院医大学院士段树民、胡海岚、李相尧，山西学院附属儿童诊所主任舒强、教授炒米足、尚世强，上海先进院副研究员牛丽丽、研究员邱维宝。该研究得到国家自然科学基金（，，）、科技部“973”计划（）等项目的捐助。
图1:超声剌激导致抒发于神经元的机械敏感性离子通道MscL（图中蓝色所示）的开放，致使离子跨膜运输（图中绿色箭头所示），改变神经元膜电位，诱发神经冲动（图中蓝色所示动作电位）
图2：通过病毒感染技术在原代培养的神经元上抒发的机械敏感性离子通道MscL具有完整的功能，可用挺好的响应机械剌激
图3：（a）超声神经剌激芯片以及（b）小昆虫超声剌激系统