上转换纳米颗粒结合近红外光进行心脏光遗传学研究的可行性探究

作者：李海涛; 饶盼盼; 程玥; 李剑怡; 王晞^*

来源：中华心律失常学杂志, 2021, 25(05).

• 纳米颗粒
• 近红外光
• 遗传工程
• 心脏

目的探讨上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles, UCNPs)结合980 nm近红外光(near infrared, NIR)能否通过激发可见光激活光敏蛋白(channelrhodopsin-2, ChR2)成功夺获心肌。方法 15只SD幼鼠按随机数字表法随机分为光敏蛋白(ChR2)组(5例)、红色荧光蛋白(mCherry)组(5例)和对照组(5例), 分别经颈静脉注入带有相应基因的腺相关病毒(adeno-associated virus, AAV)载体AAV9-CAG-hChR2(H134R)-mCherry、AAV9-CAG-mCherry和磷酸盐缓冲盐溶液(PBS), 8周后开胸暴露心脏实施在体实验。自制包含UCNPs的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)透光薄膜, 将薄膜贴附于右心室游离壁, 980 nm NIR经程序设置脉冲参数, 由400 μm芯径光纤输出, 至于薄膜上方, 同步记录NIR输出信号及体表心电图, 观察NIR夺获右心室心肌的情况。结果 ChR2组大鼠心肌可被NIR激发转换出的可见光(包含波长450 nm和475 nm的蓝光)夺获, 并且随着NIR输出功率的增加1～6 W, 心肌夺获率可增加至100%, 随着NIR脉冲宽度的增加(5、10、20、50 ms), 夺获心脏的NIR输出功率逐渐减小。而mCherry组和对照组大鼠心脏对980 nm NIR经UCNPs薄膜上转换的可见光无上述反应。结论 UCNPs结合980 nm NIR用于光遗传学技术可成功夺获心肌, 利用NIR的组织穿透性优势, 有可能为心脏光遗传学研究提供新的实施策略。

• 单位
  武汉大学人民医院; 武汉大学; 海南医学院; 海南省人民医院