物理與光電工程學院（理工學院）辛洪寶/李寶軍教授在Light: Science & Applications發(fā)表論文
暨南大學融媒體中心訊 近日，物理與光電工程學院（理工學院）辛洪寶/李寶軍教授團隊在神經光學調控領域取得重要進展。該團隊將光學微操控技術應用于精準神經調控中，提出了基于光機械力精準神經激活和調控的新思想，基于光機械力生物飛鏢的精準刺激，實現了具有亞細胞精度的神經激活與調控，并成功實現了活體神經激活。研究成果以“Neural stimulation and modulation with sub-cellular precision by optomechanical bio-dart”為題發(fā)表在光學領域國際頂級學術期刊Light: Science & Applications。納米光子學研究院博士生朱國帥為論文第一作者，辛洪寶教授和李寶軍教授為論文共同通訊作者，合作者還包括粵港澳中樞神經再生研究院張力教授。
高時空分辨的神經激活與調控對于神經元信號傳導及神經再生與回路重建至關重要，將有助于以更高精度理解神經元功能障礙，助力神經退行性疾病的精準有效治療。然而，傳統(tǒng)基于電、磁、超聲刺激的神經調控技術存在空間分辨率低、細胞特異性低、無法針對單個神經元進行精準激活等問題。雖然光遺傳技術極大地提高了神經激活的空間分辨率，但其復雜的基因修飾過程以及基因表達的不穩(wěn)定性使得其在實際應用中具有很大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種易于操作、高精度的非光遺傳神經激活與調控技術對于更好地理解神經功能、調控神經生長及信號傳導具有非常重要的意義。
由于光學微操控技術具有高時空分辨性，辛洪寶/李寶軍教授團隊提出了將光學微操控技術用于精準神經調控的新思路。團隊提出了基于光機械力精準神經激活與調控的新思想，利用自然界中廣泛存在的向日葵花粉尖端構建出生物納米飛鏢，基于錐形光纖施加的光散射力將生物飛鏢精準快速地射向神經細胞，生物飛鏢在細胞膜上產生具有亞微米空間分辨率的瞬時壓力，從而精準激活細胞膜機械敏感離子通道（Piezo1通道），隨后鈣離子的內流激活分子通路實現神經細胞的精準激活。這種光機械力生物飛鏢可以實現對單個神經元細胞的樹突、軸突和胞體等亞細胞神經元結構的精準激活與生長調控，極大地提高了神經激活與調控的精度。此外，這種光機械力生物飛鏢還可以直接用于活體神經激活，例如，團隊利用這種方法成功實現了斑馬魚頭部的神經激活，這也進一步擴大了該方法的應用場景。這種基于光機械力的神經調控提供了一種具有亞細胞精度的非光遺傳神經光學激活與調控新策略，為深入理解神經元功能障礙及神經信號傳導與神經回路重建提供了新的途徑。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01617-9
光機械力生物飛鏢實現亞細胞精度神經激活與調控的示意圖
責編：常凱麗