通过上转化粒子介导的近红外光遗传学操控膜离子通道
离子通道作为细胞膜的重要组成部分，它通过“开或关”控制离子的进出来调节着诸如神经、肌肉，细胞的功能，进而影响着机体的新陈代谢以及生理，病理进程。近年来，一种新兴的被称作光遗传学的生物技术实现了在时空上精准操控细胞膜通道的目的，在神经科学等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前的光遗传学工具，大部分都是基于紫外光或可见光来活化的离子通道蛋白，由于这些光可能会引起生物机体光损伤，容易被生物分子吸收，因而不能穿透深层组织，所以大大限制了光遗传学在活体动物上的应用。
为此，科学家们基于近红外光（750-1000 nm）深层组织穿透性的优势，开发出以上转化纳米粒子作为光转换器的近红外光遗传学技术，能够在活体动物上无（微）创并有效地控制离子通道的激活和抑制。更重要的是，通过调节上转化纳米粒子的发光，可以组合不同类型激发光谱的光敏离子通道蛋白，可以达到对多种离子通道的多重近红外操控。
针对上转化纳米粒子介导的近红外光遗传学技术的应用和发展，近日新加坡南洋理工大学邢本刚教授课题组做了深入地归纳和总结。文章首先从上转化光遗传学技术的整合，操控平台的设计以及应用的动物模型方面进行了详细地分析和介绍。另外，还着重归纳了目前上转化光遗传技术的不足和改进的策略，包括提高上转化纳米粒子的光转换效率，降低近红外操控离子通道过程中热损伤，还有膜特异性定位的调控。最后，关于如何将上转化光遗传技术进一步应用于体内甚至临床研究，其中亟待解决的问题比如安全性，特异性，实用性等方面进行了讨论。该工作对近红外膜离子通道操控研究进行了及时地总结，同时对将来近红外上转化光遗传技术的转化应用提出一些前瞻性的建议。
相关综述论文以“Near-Infrared Manipulation of Membrane Ion Channels via Upconversion Optogenetics”为题目发表在期刊Advanced Biosystems（DOI: 10.1002/adbi.201800233）。第一作者为博士生王志敏。
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