通过近红外光利用向上转换纳米粒子在肌细胞和肌管中输入光遗传性离子
Daisuke Maemura1, The Son Le1, Mari Takahashi1
1School of Materials Science, Japan Advanced Institute of Science and Technology, 1-1 Asahidai, Nomi, Ishikawa 923-1292, Japan.
ACS applied materials & interfaces
|August 31, 2023
概括
研究人员开发了一种使用近红外光 (NIR) 控制生物执行器的新方法. 通过将上转化纳米粒子 (UCNPs) 与肌肉细胞结合,它们使细胞活动的远程操纵能够实现,并且对更厚的组织提高了效率.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 细胞生物学 细胞生物学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 骨肌肉生物执行器通常通过电气或可见光刺激来控制.
- 可见光控制仅限于薄组织,因为生物透性差,阻碍了高功率的应用.
- 近红外 (NIR) 光提供更好的组织透,使其成为更厚的生物执行器的理想选择.
研究的目的:
- 开发一种使用NIR光控制厚骨肌肉生物执行器的方法.
- 研究使用上转化纳米粒子 (UCNPs) 实现肌肉细胞中NIR光响应.
- 为了评估与可见光相比,NIR光刺激对细胞激活的效率.
主要方法:
- 经过基因工程改造的C2C12神经质细胞表达了通道罗多普辛-2 (ChR2).
- 将转化纳米粒子 (UCNPs) 绑定到这些髓细胞中.
- 用NIR光刺激UCNP结合的神经细胞和神经管,并测量了细胞内离子 (Ca2+) 流入.
- 通过NIR光刺激的Ca2+流入与由蓝光刺激的Ca2+流入进行比较.
主要成果:
- 尼尔射线照射有效地刺激了UCNP结合的神经细胞和神经管中的Ca2+流入.
- 在诱导Ca2+流入方面,UCNP介导的NIR光刺激比直接的蓝光刺激更有效.
- 通过使用NIR光来证明细胞活动的远程操纵.
结论:
- 上转化纳米粒子 (UCNPs) 可以使肌肉细胞对NIR光作出反应.
- 这种方法是朝着创造高功率,厚骨肌肉生物执行器迈出的有希望的一步.
- 红外线光提供了一种更有效,更少的侵入性方法来控制生物组织中的生物执行器.
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