DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45590-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38351088
تاريخ النشر: 2024-02-13
المؤلف: Rong Bao وآخرون
الموضوع الرئيسي: علوم الأعصاب والهندسة العصبية
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على فئران Lyz2-Cre (B6.129P2-Lyz2 tm1(cre)Ifo /J، رقم المخزون: 004781) من مختبر جاكسون، بينما تم الحصول على فئران Adrb2(fl/fl) (B6/JGpt-Adrb2 em1Cflox / Gpt، رقم المخزون: T052308) وفئران C57BL/6 J (النوع البري، WT) من GemPharmatech. شمل التصميم التجريبي عبور فئران Lyz2-Cre مع فئران Adrb2(fl/fl) لإنتاج فئران Lyz2-Cre::Adrb2(fl/fl). تم تضمين كل من الفئران الذكور والإناث في التجارب، ما لم يُذكر خلاف ذلك.
تم إيواء جميع الحيوانات في بيئة خالية من مسببات الأمراض المحددة (SPF) في منشأة الحيوانات بمستشفى الشعب السادس في شنغهاي، مع الالتزام بدورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة. كان لديهم وصول غير محدود إلى الطعام والماء، مع الحفاظ على ظروف بيئية محكومة عند درجات حرارة تتراوح بين 20 °م و 26 °م ومستويات رطوبة تتراوح بين 40% و 70%. ضمنت هذه البيئة المحكومة رفاهية الحيوانات وموثوقية النتائج التجريبية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج الهامة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة في الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة ببيانات إحصائية ذات صلة، أو أشكال، أو جداول توضح الاتجاهات والعلاقات الملاحظة في البيانات.
في هذا القسم، قد يقوم المؤلفون بالإبلاغ عن فعالية التدخلات أو العلاجات المطبقة، أو العلاقة بين المتغيرات، أو التحقق من النماذج النظرية. غالبًا ما يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الأوسع، مع التأكيد على مساهمتها في مجموعة المعرفة الحالية. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتقديم ملخص واضح وموجز للأدلة التجريبية التي تم جمعها طوال عملية البحث.
مناقشة
تناقش الدراسة نهجًا جديدًا للتحفيز الكهربائي المباشر العصبي (ES) يهدف إلى تثبيط الالتهاب في إصابات الأوتار، باستخدام مكثف بين الأصابع (IDC) قائم على طبقة جرافين مرنة ثنائية الأبعاد (2D) (MoS₂) كمنبه. تم تصميم الجهاز لتقديم نبضات تحفيزية بيونية تعزز إطلاق النورأدرينالين (NE) من الأعصاب الودية، مما يثبط بعد ذلك السيتوكينات المؤيدة للالتهاب مثل IL-6 في محيط الوتر المصاب. تظهر الدراسة أن مكثف MoS₂ FGM IDC يتمتع بمرونة ممتازة وتوافق حيوي، مما يسمح بتحفيز مباشر فعال للأعصاب دون آثار سامة خلوية كبيرة على خلايا PC-12 المزروعة.
تشير النتائج إلى أن التحفيز الكهربائي ثنائي الأبعاد يمكن أن يحقق تخفيضات كبيرة في علامات الالتهاب، مع انخفاض ملحوظ بنسبة 73.5% في مستويات IL-6 عند تيارات التحفيز المثلى (0.04-0.6 مللي أمبير)، مقارنةً بالمنبهات التقليدية التي تتطلب تيارات أعلى (0.3-2 مللي أمبير) لتحقيق تأثيرات مماثلة. علاوة على ذلك، تم ربط الآلية الكامنة وراء الاستجابة المضادة للالتهاب بتنشيط مستقبلات الأدرينالين β2 (ADRB2) على وحيدات النوى/البلاعم، والتي تتوسط تأثيرات NE المفرج عنها أثناء التحفيز. تختتم الدراسة بأن التحفيز الكهربائي العصبي ثنائي الأبعاد لا يعزز فقط فعالية تثبيط الالتهاب ولكن أيضًا يقلل من تلف الأعصاب، مما يقدم بديلاً واعدًا لتقنيات التحفيز الكهربائي التقليدية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-45590-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38351088
Publication Date: 2024-02-13
Author(s): Rong Bao et al.
Primary Topic: Neuroscience and Neural Engineering
Methods
In this study, Lyz2-Cre mice (B6.129P2-Lyz2 tm1(cre)Ifo /J, stock no: 004781) were acquired from The Jackson Laboratory, while Adrb2(fl/fl) (B6/JGpt-Adrb2 em1Cflox / Gpt, stock no: T052308) and C57BL/6 J (wild type, WT) mice were sourced from GemPharmatech. The experimental design involved crossing Lyz2-Cre mice with Adrb2(fl/fl) mice to generate Lyz2-Cre::Adrb2(fl/fl) mice. Both male and female mice were included in the experiments, unless otherwise noted.
All animals were housed in a specific pathogen-free (SPF) environment at the Animal Facility of Shanghai Sixth People’s Hospital, adhering to a 12-hour light/dark cycle. They had unrestricted access to food and water, with controlled ambient conditions maintained at temperatures between 20 °C and 26 °C and humidity levels between 40% and 70%. This controlled environment ensured the welfare of the animals and the reliability of the experimental outcomes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed in the study. The results are typically accompanied by relevant statistical data, figures, or tables that illustrate the trends and relationships observed in the data.
In this section, the authors may report on the effectiveness of the interventions or treatments applied, the correlation between variables, or the validation of theoretical models. The findings are often contextualized within the broader literature, emphasizing their contribution to the existing body of knowledge. Overall, this section serves to provide a clear and concise summary of the empirical evidence gathered throughout the research process.
Discussion
The research discusses a novel neuromorphic direct electrical stimulation (ES) approach aimed at inhibiting inflammation in tendon injuries, utilizing a two-dimensional (2D) flexible graphene monolayer (MoS₂) based interdigital capacitor (IDC) as a stimulator. The device is designed to deliver bionic stimulus spikes that promote the release of noradrenaline (NE) from sympathetic nerves, which subsequently inhibits pro-inflammatory cytokines such as IL-6 in the vicinity of the injured tendon. The study demonstrates that the MoS₂ FGM IDC exhibits excellent flexibility and biocompatibility, allowing for effective nerve-direct stimulation without significant cytotoxic effects on cultured PC-12 cells.
The findings indicate that the 2D ES can achieve substantial reductions in inflammatory markers, with a notable 73.5% decrease in IL-6 levels at optimal stimulation currents (0.04-0.6 mA), compared to traditional stimulators that require higher currents (0.3-2 mA) for similar effects. Moreover, the mechanism underlying the anti-inflammatory response was linked to the activation of β2 adrenergic receptors (ADRB2) on monocytes/macrophages, which mediate the effects of NE released during stimulation. The study concludes that the neuromorphic 2D ES not only enhances the efficacy of inflammation inhibition but also minimizes nerve damage, presenting a promising alternative to conventional electrical stimulation techniques.