微型化雙光子助力發現精確磁刺激室旁核可改善孤獨癥小鼠的社交能力

孤獨癥譜系障礙（ASD）是一種復雜的神經發育性疾病，通常涉及到多個皮層及深腦的核團，且沒有明顯的器質性病變，復雜的情況使得對其內在機制的研究尚不明確，使得很難通過藥物和手術辦法去治療ASD，亟需創新療法。催產素因改善ASD核心癥狀（社交障礙、焦慮、刻板行為等）的潛力備受關注，但人工合成催產素難以模擬腦源性催產素的生理活性，加之個體差異過大，導致臨床療效不理想。下丘腦室旁核（PVN）是腦部催產素合成與釋放的核心樞紐，研究者提出借助物理技術靶向激活PVN以促進腦源性催產素釋放治療ASD的策略。但PVN位于腦深部，常規物理干預技術難以實現精準靶向。例如，現有的腦深部刺激技術（DBS）因侵入性強且存在電流擴散等問題，應用受到限制；傳統磁刺激技術（如 rTMS）雖具備非侵入優勢，卻因空間分辨率低、穿透深度不足，難以實現對 PVN 的特異性調控。

2025年8月7日，東南大學孫劍飛研究員、甌江實驗室譚濤研究員、南京大學顧寧院士和深圳先進技術研究院張志珺教授共同通訊在Neuroscience Bulletin在線發表題為“Precise Magnetic Stimulation of the Paraventricular Nucleus Improves Sociability in a Mouse Model of ASD”的研究論文，報道了一種通過超順磁性氧化鐵納米顆粒介導的精準磁刺激技術調控PVN神經元釋放催產素而改善孤獨癥小鼠社交障礙的策略。
 

論文上線截圖

針對磁刺激技術存在的穿透深度不足的問題，研究人員提出應用超順磁性氧化鐵納米顆粒（SPIONs）的磁約束效應來突破磁場限制，該策略采用溫和（<0.1T）且非聚焦的磁場進行刺激，同時利用SPIONs增強靶區的磁效應，從而克服磁場的固有缺陷。在本研究中，研究人員首次通過超順磁性氧化鐵納米顆粒（SPION）介導的策略，實現了對室旁核（PVN）的精準磁刺激。

對體外細胞的動態監測結果表明，SPIONs聯合磁場可顯著增強Neuro-2a細胞鈣內流。隨后，研究比較了重復經顱磁刺激（rTMS）聯合SPIONs與單獨rTMS對N2a細胞鈣離子內流的影響。數據顯示，相較于單獨rTMS，聯合SPIONs的rTMS使神經元平均ΔF/F0值提升至基線水平的兩倍（圖1B），這表明磁性納米材料的存在能夠增強磁刺激的生物效應。

為了進一步驗證這種精準磁刺激系統（pMSS）的神經調控效應，研究人員采用了超維景生物的微型化雙光子顯微成像技術記錄10分鐘磁刺激后室旁核興奮性神經元的鈣離子動態變化。結果顯示，單個PVN神經元的鈣瞬變呈現頻率依賴性響應特征，表現為低頻（1Hz）磁刺激引發顯著神經元抑制，而高頻磁刺激則激活PVN神經元，且10Hz-pMSS展現出最顯著的激活效應，其峰值ΔF/F0值達到基線水平的近兩倍（圖1H）。這一結果不僅驗證了SPIONs在腦內具有長效穩定性及良好細胞攝取率，證實其可安全精準遞送至活體PVN區域，更揭示了神經元激活的頻率依賴性特征，為pMSS實現神經元活動的雙向調制提供了新證據。

圖1.pMSS有效調控神經元活性

【參考文獻】
Liu, S., Yang, Q., Zhu, P. et al. Precise Magnetic Stimulation of the Paraventricular Nucleus Improves Sociability in a Mouse Model of ASD. Neurosci. Bull. (2025). https://doi.org/10.1007/s12264-025-01444-x