作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 一氧化氮的空间填充模型
信用:公共领域 一氧化氮是体内一种重要的信号分子，在建立有助于学习和记忆的神经系统连接中发挥作用
它还在心血管和免疫系统中充当信使
但是对于研究人员来说，很难准确地研究它在这些系统中的作用以及它是如何工作的
因为它是一种气体，所以还没有实用的方法将它导向特定的单个细胞来观察它的效果
现在，麻省理工学院和其他地方的一组科学家和工程师已经找到了一种在人体内精确定位的位置产生这种气体的方法，这有可能为这种重要分子的作用开辟新的研究领域
该发现发表在《自然纳米技术》杂志上，由麻省理工学院教授宝琳娜·阿尼基瓦、卡提什·曼蒂拉姆和尤埃尔·芬克撰写的论文中；研究生朴智敏；金博士；以及麻省理工学院、台湾、日本和以色列的10名学生
“这是一种非常重要的化合物，”阿尼基瓦说
但是要弄清楚一氧化氮向特定细胞和突触的传递以及由此产生的对学习过程的高级影响之间的关系是很困难的
到目前为止，大多数研究都是着眼于系统效应，通过敲除负责产生酶的基因，人体利用这些酶来产生一氧化氮，而一氧化氮需要作为信使
但她说，这种方法是“非常野蛮的暴力”
这是对系统的打击，因为你不仅仅是从一个特定的区域，比如说在大脑中，而是从整个有机体中剔除，这可能会有其他的副作用
" 其他人曾试图将分解时释放一氧化氮的化合物引入体内，这可能会产生一些局部效应，但这些效应仍然会扩散开来，而且这是一个非常缓慢和不受控制的过程
该小组的解决方案使用电压来驱动产生一氧化氮的反应
这类似于一些工业电化学生产过程在更大规模上发生的情况，这些过程是相对模块化和可控的，实现了局部和按需化学合成
“我们接受了这个概念，然后说，你知道吗？曼希拉姆说:“电化学过程可以是局部的、模块化的，甚至可以在细胞水平上实现。”
“我认为更令人兴奋的是，如果你使用电势，你有能力在一瞬间开始生产和停止生产
" 该团队的主要成就是找到了一种方法，使这种电化学控制的反应在纳米尺度上高效、选择性地进行
这需要找到一种合适的催化剂材料，能够从良性前体材料中产生一氧化氮
他们发现亚硝酸盐为电化学生成一氧化氮提供了一种很有前途的前体
“我们想出了制造一种特制纳米粒子来催化反应的想法，”金说
他们发现自然界中催化一氧化氮生成的酶含有铁硫中心
受这些酶的启发，他们设计了一种由硫化铁纳米颗粒组成的催化剂，这种催化剂在电场和亚硝酸盐存在的情况下激活产生一氧化氮的反应
通过进一步用铂掺杂这些纳米粒子，研究小组能够提高它们的电催化效率
为了将电催化细胞小型化到生物细胞的规模，该团队已经创建了包含涂有硫化铁纳米粒子的正负微电极的定制纤维，以及用于输送亚硝酸钠(前体材料)的微流体通道
当植入大脑时，这些纤维将前体导向特定的神经元
然后，通过同一根光纤中的电极，反应可以被随意地电化学激活，在该点产生一氧化氮的瞬间爆发，从而可以实时记录其影响
作为一项测试，他们在啮齿动物模型中使用该系统来激活一个大脑区域，该区域被认为是动机和社会互动的奖励中心，并在成瘾中发挥作用
他们表明，它确实引发了预期的信号反应，证明了它的有效性
阿尼基瓦说，这“将是一个非常有用的生物研究平台，因为最终，人们将有办法在单细胞水平上研究一氧化氮在执行任务的整个生物体中的作用
她指出，有些疾病与一氧化氮信号通路的中断有关，因此对这一通路如何运作的更详细研究可能有助于找到治疗方法
帕克说，这种方法可以推广，作为一种在生物体中产生其他感兴趣的生物分子的方法
“本质上，我们现在可以用这种真正可扩展和微型化的方法来产生许多分子，只要我们找到合适的催化剂，只要我们找到合适的安全的起始化合物
“这种原位生成信号分子的方法在生物医学中有着广泛的应用，”他说
阿尼基瓦说:“我们的一位审稿人指出，这从未实现过——生物系统中的电解从未被用来控制生物功能。”
“因此，这基本上是一个潜在非常有用的领域的开始”，以研究可以在精确的位置和时间传递的分子，用于神经生物学或任何其他生物功能的研究
她说，这种在体内按需制造分子的能力可能在免疫学或癌症研究等领域有用
这个项目是在朴槿惠和金的一次偶然交谈中开始的，他们是在不同领域工作的朋友——神经生物学和电化学
他们最初的随意讨论最终导致了几个部门之间的全面合作
但是在今天这个封闭的世界里，金说，这样的偶遇和对话已经变得不太可能了
“在这个世界发生了巨大变化的背景下，如果是在这个我们都彼此分离的时代，而不是在2018年，这种合作有可能永远不会发生
"
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