Axonal blockage with microscopic magnetic stimulation.
Axonal blockage with microscopic magnetic stimulation.
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DOI：
10.1038/s41598-020-74891-3
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发表时间：
2020-10-22
影响因子：
4.6
通讯作者：
Ye H
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Skach J;Conway C;Barrett L;Ye H
许多神经功能障碍的特征是不受欢迎的神经活动。通过提供可逆的神经阻断，植入电极的电刺激有望在治疗这些疾病方面发挥作用。然而，它的应用存在一些局限性，包括生物相容性差，在长期植入过程中疗效降低。一个微小尺寸的磁线圈可以通过在其上涂上生物兼容材料来缓解其中的一些问题，以便进行长期植入。然而，目前尚不清楚微型线圈是否能有效地阻断轴突，如果是的话，其潜在的机制是什么。在这里，我们证明了一个亚毫米的磁线圈可以可逆地阻断海洋软体动物海兔无髓轴突的动作电位。利用海兔轴突的多室模型，我们证明了微型线圈在轴突中引起显著的局部去极化，改变了钠通道的激活动力学，并阻止了入侵动作电位的移动。随着生物相容性的提高和发射高频刺激的能力的提高，微线圈为临床环境中轴突电导的电阻断提供了一种有趣的替代方案。
Numerous neurological dysfunctions are characterized by undesirable nerve activity. By providing reversible nerve blockage, electric stimulation with an implanted electrode holds promise in the treatment of these conditions. However, there are several limitations to its application, including poor bio-compatibility and decreased efficacy during chronic implantation. A magnetic coil of miniature size can mitigate some of these problems, by coating it with biocompatible material for chronic implantation. However, it is unknown if miniature coils could be effective in axonal blockage and, if so, what the underlying mechanisms are. Here we demonstrate that a submillimeter magnetic coil can reversibly block action potentials in the unmyelinated axons from the marine mollusk Aplysia californica. Using a multi-compartment model of the Aplysia axon, we demonstrate that the miniature coil causes a significant local depolarization in the axon, alters activation dynamics of the sodium channels, and prevents the traveling of the invading action potentials. With improved biocompatibility and capability of emitting high-frequency stimuli, micro coils provide an interesting alternative for electric blockage of axonal conductance in clinical settings.
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