[发明专利]修复受损神经的非侵入式近红外光控的纳米材料

说明书

本发明涉及修复受损神经的非侵入式近红外光控的纳米材料，非侵入式近红外光控的纳米材料能将近红外光转换为可见光和/或紫外光。非侵入式近红外光控的纳米材料为上转换荧光纳米材料。本发明公开了上转换荧光纳米材料的新用途，在神经元修复过程中，不需要对神经元施加电刺激，不需要对动物进行手术植入侵入性光纤，使用具有高组织穿透性的近红外光激发生物体内的上转换纳米材料，其转换出的上转换荧光能够激活神经元细胞膜上的光敏离子通道蛋白，刺激神经元细胞使其产生膜电位变化，增强对神经回路的刺激，使受损神经元进行修复。

技术领域

本发明涉及神经再生医学领域，尤其涉及修复受损神经的非侵入式近红外光控的纳米材料。

背景技术

光遗传学技术是将遗传学技术和光控技术结合之后产生的一项全新的技术。光遗传学技术通过基因工程使受体细胞转入相关基因，运用光控的方法选择和打开受体细胞，来实现对细胞的光学控制。通过光来激活或抑制特定细胞从而明确其功能，并操作个别种类神经细胞的活动来调控相关神经细胞的功能，可以帮助科研学者进行特定组织细胞的在体研究，进一步分析病理生理情况下这些细胞的生物学功能的变化，并在其帮助下通过光控刺激影响实现对特定神经元细胞功能的调节。同时，利用类似的光学与遗传学手段，可以控制脑部神经细胞、脊髓神经细胞或其他细胞中的蛋白表达，从而实现光诱导蛋白质表达，启动不同细胞内生物学过程，进而控制生物行为的目的。

对神经回路进行刺激是神经外科学中对神经创伤和疾病的常用治疗手段，通过对特殊神经回路施加固定频率、强度和持续时间的脉冲电流刺激引起的兴奋，能够部分达到调整目标循环的目的。

传统方案中对神经回路施加电刺激，尽管电流的参数是可调节并可逆的，这个未被阐明机制的方法的工作效率是非常低的，同时伴随着很多副反应，因而限制了这种治疗方法的发展。因此，微生物的光敏感的离子通道，即离子通道蛋白现今作为新的治疗手段被广泛接受。通过特定波长的刺激，它能够在体调节高选择性的神经元类型的神经活动，使其细胞膜达到高时间分辨率的超极化或去极化。虽然离子通道蛋白在治疗中具有重要作用，但是传统的治疗方法依赖于分别用临床上使用的金属导管和光纤来递送药物和特定波长的光，这就带来很多技术上的问题要克服。光敏离子通道蛋白(如ChR1、ChR2、NpHR等)的激发光通常为可见光，这对在体调节神经活动，产生特异性刺激带来很大的困难，因为可见光的组织穿透深度非常低，且会对生物组织产生光损伤。所以，能够将组织穿透性强的近红外光转换为可见光，稳定且信噪比低，又易于修饰的UCNPs(上转换荧光纳米材料)就成为了非常合适的光遗传调控系统的载体。但目前的UCNPs多应用于医学成像、生物传感、光热疗法、光动力疗法等领域，用其靶向肿瘤细胞，在神经再生医学领域还未得到广泛应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种修复受损神经的非侵入式近红外光控的纳米材料，本发明公开了非侵入式近红外光控的纳米材料的新用途，在神经元修复过程中，不需要对神经元施加电刺激，不需要对动物进行手术植入侵入性的光纤，使用具有高组织穿透性的近红外光激发生物体内的上转换纳米材料，其转换出的上转换荧光能够激活神经元细胞膜上的光敏离子通道蛋白，刺激神经元细胞使其产生膜电位变化，增强对神经回路的刺激，使受损神经元进行修复。

本发明的第一个目的是公开非侵入式近红外光控的纳米材料在制备修复受损神经的工具中的应用，非侵入式近红外光控的纳米材料能将近红外光转换为可见光和/或紫外光。

非侵入式指的是在神经修复过程中，不需要对动物进行手术植入侵入性的光纤，由于近红外光良好的组织穿透性，体外施加激光定点照射，即可激发体内的近红外光控的纳米材料发射出修复所需波长的光。

进一步地，修复受损神经的工具有多种类型：如可在表面修饰转相后通过分子靶向被受损部位的指定细胞摄取或吸附，也可与生物材料复合，通过手术直接置于受损部位，通过体外施加光刺激激发上转换材料完成修复。

非侵入式近红外光控的纳米材料在修复时起到的作用：靶向到特定部位或细胞内后，利用近红外光为在体提供所需波长的光。