日前，中國科大學上海先進技術研究院鄭海榮課題組和四川學院醫大學李月舟課題組合作，在Nano刊物發表了題為ofofMscL的研究論文。該項研究將超聲幅射力和機械敏感性離子通道結合上去，首次在神經元上通過超聲剌激激活機械敏感性離子通道，并借以精確控制神經元的激動性。該成果開拓了超聲在骨科學研究中的新方向，為超聲遺傳學技術的進一步發展奠定了基礎，具有重要的理論意義和應用價值。
近些年來盛行的光遺傳學技術，被稱為是21世紀神經科學領域最引人注目的革新，在猴、鼠、果蠅、線蟲等模式生物中得到廣泛應用。其主要原理是采用基因操作技術將真菌的光敏感蛋白轉到到特定類型的神經元中進行抒發，并通過不同波長的光照剌激光敏感蛋白，進而導致細胞膜兩側的膜電位發生變化，達到對細胞選擇性地激動或則抑制的目的。并且在喂奶植物中，光遺傳學技術須要通過枕骨放療將特定波長的光線引入腦中，這些外傷性為其在活體的應用帶來一定的局限。為此，越來越多的研究人員將眼神轉向無損傷的方式，例如通過超聲，可以無損傷地穿透深入腦部或其他組織內部，而且可以通過聚焦獲得精確定位。
因為細胞對超聲的響應能力有限，為了達到通過超聲精確控制神經元的目的，須要找到一種介質既可以挺好地響應超聲剌激細胞膜選擇性通透，又可以在神經元抒發并賦于神經元靈敏的超聲敏感性。考慮到超聲的機械效應，機械敏感性離子通道是一個挺好的選擇。機械敏感性離子通道是近些年來發覺的一種新型離子通道，有別于傳統的電壓敏感，以及卟啉門控類型的離子通道，它體會細胞形變等方法造成的膜張力的變化而開放，導致細胞內外離子的跨膜運輸，參與介導諸多的生命活動，其功能愈來愈遭到注重。李月舟課題組常年以來旨在于機械敏感性離子通道開放機制和功能研究，鄭海榮課題組把握了奇特的超聲幅射力神經調控技術，在超聲神經調控儀器研發方面積累了豐富的經驗，三者的合作促使了該項研究。
實驗中，課題組選擇了來自真菌的機械敏感性離子通道MscL。MscL具有作為納米開關的天然優勢。它結構簡單，只有136個多肽，容易在真核生物抒發；它自身可以直接被膜張力所激活，但是不須要其它成份的參與；它開放產生30埃左右的巨大孔徑，通透效率高；它不和其它蛋白互相作用，不會干擾細胞的其它功能。課題組首先建立了重組MscL基因的病毒，之后通過病毒感染在原代培養的小鼠神經元中抒發MscL通道。結果表明MscL可以在神經元上功能性抒發，并對機械剌激保持敏感（圖2）。
在基金委重大科研儀器支持下，鄭海榮課題組設計開發了一系列跨尺度超聲神經調控工具（圖3）。超聲幅射力神經剌激芯設計基于不同外頻叉指換能器指條長度、形狀、對數和聲孔徑規格，通過標準微納加工技術光刻，濺射叉指換能器電極，制備微型聲場可調超聲神經剌激芯片細胞膜選擇性通透，形成高硬度局域聲場及超聲幅射力可有效作用于神經元細胞。該芯片可與鈣成像、膜片鉗等生物學手段相兼容，實時檢測超聲誘發的生物效應，為超聲神經調控醫治神經類疾患提供基礎和理論根據。同時研發的植物超聲神經剌激系統可對深部腦核團和神經支路舉辦無創、動態和網路式的神經剌激與調控。該技術和工具的研發可在腦疾患的研究、神經科學基礎研究及其相關領域科學廣泛應用。該研究結果為后續的活體超聲遺傳學奠定了基礎，并有望通過進一步開發的多面陣、多焦點的深部腦剌激超聲調控儀器解析神經支路，并對癲癇癥、抑郁癥等腦疾患提供新的研究，甚至是醫治的有效新工具。
山西學院醫大學博士生葉佳、唐思陽，以及上海先進院副研究員孟龍是論文的第一作者，鄭海榮和李月舟是論文的通信作者。參與該工作的還有湖北學院醫大學院士段樹民、胡海嵐、李相堯，山西學院附屬兒童診所主任舒強、教授炒米足、尚世強，上海先進院副研究員牛麗麗、研究員邱維寶。該研究得到國家自然科學基金（，，）、科技部“973”計劃（）等項目的捐助。
圖1:超聲剌激導致抒發于神經元的機械敏感性離子通道MscL（圖中藍色所示）的開放，致使離子跨膜運輸（圖中綠色箭頭所示），改變神經元膜電位，誘發神經沖動（圖中藍色所示動作電位）
圖2：通過病毒感染技術在原代培養的神經元上抒發的機械敏感性離子通道MscL具有完整的功能，可用挺好的響應機械剌激
圖3：（a）超聲神經剌激芯片以及（b）小昆蟲超聲剌激系統