作者
刘颖勋
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霍麟吉佳
不知你是否想过光能够作为一种工具，来控制脑活动、控制行为？这就是神经科学领域新近诞生的光遗传学技术。这项革命性技术迅速占领了神经科学领域科研的高地，并积极向临床治疗进军。想象一下，在治疗一些神经系统疾病时，患者只需要像晒太阳一样，接受特殊光源的光照，就能修复损伤的神经功能！这些听起来很不可思议的事情，在神经科学领域将一步步得以实现。
什么是光遗传学技术
我们知道，当神经元处于静息状态时，细胞膜两边存在着电位差，这是由于细胞膜蛋白对不同离子具有不同的通透性，导致膜内外离子的不均衡分布造成的。而光遗传学的基本原理在于运用工具病毒载体，将光敏蛋白基因（如ChR2或NpHR3.0等）转入到神经系统特定类型的细胞中进行特殊离子通道的表达。不同的光敏离子通道在不同波长的光照刺激下会分别对阳离子或者阴离子产生选择性通过，从而导致膜电位发生变化，达到选择性兴奋或者抑制神经元的目的[1]。
相比起传统的研究方法，光遗传学有着实际操作性高、细胞类型特异性高和时间分辨率高等无可比拟的优点。毫不夸张地说，光遗传学给神经科学领域带来了一场技术革命，它不仅在神经环路研究方面大放异彩，而且有极大的潜力治疗多种精神类疾病。
光遗传学技术实验原理
新一代无线光遗传学技术
当然，光遗传学技术也不可避免地存在技术瑕疵。光敏蛋白的激发波长限定在可见光范围，可见光在脑组织内传播时迅速衰减，能够被光激活的脑区范围有限。传统技术依赖光纤进行光波传导，需要通过手术将光纤植入动物脑组织，这就不可避免地损伤大脑、造成炎症，使通向临床的道路难上加难。
有没有一种光波能够直达组织深部，从而摆脱对光纤的依赖呢？研究人员将目光投向组织通透性强的近红外光（Near-infrared,NIR,~nm），探讨将光非侵入性导入到脑深处的无线光遗传学新技术。如何使光敏蛋白能够响应近红外光，研究者尝试通过分子克隆技术改造光敏蛋白[2]。与基因工程技术改造光敏蛋白相比，通过上转换发光纳米材料将近红外光转换为可见光，不仅能够实现基于NIR光的无线遗传学技术，同时操作简便，因此得到更多