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Microalgae-based photosynthetic strategy for oxygenating avascularised mouse brain tissue – An in vitro proof of concept study
基于微藻的光合作用策略為無血管小鼠腦組織供氧——體外概念研究證明
來源：Brain Research 1768 (2021) 147585
1. 摘要核心內容
本研究首次驗證微藻光合作用為腦組織供氧的可行性：
模型構建：使用萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）**在無鎂人工腦脊液（no-Mg aCSF）中產氧，維持小鼠皮層切片功能。
關鍵發現：
微藻光照下產氧速率達 0.4 mg/L/min，使aCSF氧濃度升至25 mg/L（滿足腦切片需求）；
微藻供氧組皮層切片的癲癇樣事件（SLE）活動（頻率、振幅、時長）與常規氧合組無差異（圖1, 圖2）；
無氧組SLE活動完全停止，證明微藻供氧必要性；
5小時暴露無毒性，且SLE活動增強（表1）。
核心結論：微藻光合作用可替代傳統氧合方式，為缺血腦組織提供新型氧供策略。
2. 研究目的
開發不依賴血管灌注的腦組織氧合方案，解決腦缺血治療難題：
驗證微藻在腦脊液環境中的產氧能力；
評估微藻供氧對腦組織功能的維持效果；
探索光合供氧在腦缺血治療中的轉化潛力。
3. 研究思路
體外模型驗證：
氧合能力測試：
萊茵衣藻在no-Mg aCSF中光照產氧，Unisense電極實時監測氧濃度動態（方法3.3）。
腦切片功能評估：
急性暴露（30分鐘）：比較微藻供氧組、常規氧合組、無氧組的SLE活動（圖1, 圖2）；
長期暴露（5小時）：檢測微藻毒性及功能持續性（表1）；
氧分布分析：微電極掃描切片深度氧梯度（圖4）。
機制驗證：
光照對照組排除光效應干擾（圖3）；
無鎂aCSF誘導SLE活動模擬神經元網絡功能。
4. 關鍵數據及研究意義
（1）微藻產氧效能（正文2.1）
數據：0.6 g/L藻生物量下，產氧速率0.4 mg/L/min，50分鐘內達25 mg/L。
意義：首次證明微藻在腦脊液環境中可滿足腦組織氧需求（>18 mg/L）。
（2）腦切片功能維持（圖1, 圖2, 表1）
SLE活動：
微藻組：SLE頻率、振幅、時長與常規氧合組無差異；
無氧組：SLE活動完全抑制（圖2）；
5小時暴露：SLE活動增強（頻率↑20%，振幅↑15%），無毒性（表1）。
意義：微藻供氧可維持神經元網絡活性，且長期暴露具功能增益潛力。
（3）氧空間分布（圖4）
數據：
微藻組切片中部氧濃度10.3 mg/L（高于常規氧合組6.9 mg/L）；
氧梯度顯示組織深部有效氧合（圖4a）。
意義：光合供氧克服擴散限制，實現三維氧分布優化。
（4）排除干擾因素（圖3）
數據：單純光照不恢復無氧組SLE活動。
意義：證實微藻光合作用為氧合主因，非光生物效應。
5. 核心結論
可行性驗證：萊茵衣藻在aCSF中光照產氧可滿足皮層切片代謝需求。
功能維持：微藻供氧維持SLE活動，效果等同常規氧合，且無急性/中期毒性。
轉化潛力：為缺血腦組織（如卒中半暗帶）提供無血管依賴的氧供新策略。
6. 丹麥Unisense電極（氧微傳感器）的研究意義
技術原理與優勢：
安培法實時監測：氧分子在電極表面還原產生電流信號 → μM級靈敏度 + 秒級分辨率（方法3.3）。
空間分辨率：微探針（<100 μm）可掃描組織深度氧梯度（圖4a）。
關鍵作用與科學價值：
量化光合氧合動力學：
直接測定微藻產氧速率（0.4 mg/L/min），明確達治療濃度時間（50分鐘）。
揭示氧三維分布（圖4）：
首次繪制腦切片內氧空間梯度，證實光合供氧在深部組織的有效性（中部氧濃度10.3 mg/L）。
"Unisense數據證明：微藻供氧在切片中部的氧濃度反超常規氣泡氧合（10.3 vs. 6.9 mg/L），突破擴散限制難題。"
支撐機制模型：
氧梯度數據關聯SLE活動 → 建立氧濃度-神經元功能量化關系；
排除假陽性：無氧條件下光照無效（圖3），強化光合作用因果性。
領域貢獻：
突破終點法局限 → 實時動態監測氧合過程；
為活體應用提供參數依據（如所需藻密度、光照強度）。