Topology of the Cell Membrane Interface for the Physical Re-Encoding of Neural Signals

化学 拓扑(电路) 膜电位 神经科学 神经细胞 神经可塑性 离子通道 信号(编程语言) 神经工程 生物神经网络 细胞膜 生物物理学 纳米技术 纳米棒 电生理学 去极化 刺激 神经系统 生物系统 人工神经网络 离子 神经细胞 感觉系统 电位 接口(物质) 电介质 神经元 神经传递 细胞 脊髓
作者
F. Chen,Jian Chen,Bing Xiao,Jingsen Lin,Yumin Mao,L. H. Wang,Man Guo,Chu Xu,Si Wen,Guohua Xu,Yanyan Liu,Dayong Jin,Wenbo Bu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17879
摘要

Efficient encoding of neural signals can influence sensory and cognitive information, which is crucial for regulating emotions and behaviors. Current encoding strategies primarily focus on active ion channels for signal inputs, often overlooking the role of membrane structural properties in signal transduction. Here, we present a membrane interface topology strategy to reshape membrane structure, enabling neural signal re-encoding and altering information output. We design gold nanorods coated with bioadhesive polydopamine (Au@PDA), which tightly adhere to membranes, forming a topological interface. Our results demonstrate that physical electrical interactions within this interface re-encode action potential patterns, leading to decreased neuronal firing sensitivity and adjustments in plasticity. Typically, the membrane time constant (τm), influenced by membrane structural properties, increases by 68%, resulting from a 34% increase in membrane capacitance (Cm) and a 112% increase in membrane resistance (Rm). We attribute the increased Cm to the electric polarization of Au@PDA within the membrane's electrical field and the increased Rm to the binding of Au@PDA with Na+ and K+ ions under electric polarization. In vitro, Au@PDA significantly reduces calcium influx caused by high potassium stimulation in the long term, and in vivo, it contributes to pain relief in mice with spared nerve injury and aids in restoring nerve function following spinal cord injury. This study introduces a method for re-encoding neural information via membrane interface topology, offering significant potential for enhancing neuroplasticity and treating chronic neurological diseases.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
sola发布了新的文献求助10
刚刚
Jasper应助久伴采纳,获得10
2秒前
瘦瘦不斜发布了新的文献求助10
2秒前
啊啊啊肥发布了新的文献求助10
3秒前
科研通AI6应助阿甘采纳,获得10
4秒前
likexin完成签到,获得积分10
4秒前
LL爱读书发布了新的文献求助10
4秒前
TYG完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
思源应助wei采纳,获得10
5秒前
5秒前
7秒前
瞬间完成签到,获得积分10
7秒前
爆米花应助流也采纳,获得30
7秒前
小五发布了新的文献求助10
8秒前
善学以致用应助细心飞薇采纳,获得30
9秒前
9秒前
10秒前
gz发布了新的文献求助10
10秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
11秒前
缥缈涵菡发布了新的文献求助10
12秒前
温柔梦易完成签到,获得积分10
12秒前
Selonfer完成签到,获得积分10
13秒前
謓言发布了新的文献求助10
13秒前
CipherSage应助瘦瘦不斜采纳,获得10
13秒前
小李完成签到,获得积分10
14秒前
Shan完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
15秒前
有怀发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
王客完成签到,获得积分10
16秒前
修仙中应助全都好吃采纳,获得10
16秒前
吴未完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
科研通AI6应助杨旺采纳,获得10
18秒前
18秒前
陈chq完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
高分求助中
Theoretical Modelling of Unbonded Flexible Pipe Cross-Sections 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
《药学类医疗服务价格项目立项指南(征求意见稿)》 880
花の香りの秘密―遺伝子情報から機能性まで 800
3rd Edition Group Dynamics in Exercise and Sport Psychology New Perspectives Edited By Mark R. Beauchamp, Mark Eys Copyright 2025 600
1st Edition Sports Rehabilitation and Training Multidisciplinary Perspectives By Richard Moss, Adam Gledhill 600
Digital and Social Media Marketing 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5620844
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4705469
关于积分的说明 14932123
捐赠科研通 4763548
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2551284
邀请新用户注册赠送积分活动 1513817
关于科研通互助平台的介绍 1474712