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摘要神经元操控技术通过光、电、磁和超声等刺激方式调控神经元的兴奋性，并广泛应用于神经环路机制解析和探究复杂的大脑功能。目前在神经科学领域中应用最广泛的神经元操控技术是光遗传学（optogenetic），其原理基于可见光激活光敏感离子通道，操控神经元动作电位发放，进而调节神经元兴奋性。然而可见光穿透性低，无法刺激深部脑组织，需植入光纤进行光遗传操控，可引起脑组织损伤，影响大脑功能。因此近年来有学者开始试图开发无创神经元操控技术。<br>　　目前无创神经元操控技术主要借助声光电等刺激手段操控神经元兴奋性。如基于磁热或光热效应激活热敏离子通道，调控胞内钙稳态，进而调节神经元兴奋性。交变磁场组织穿透性强，能克服现有可见光穿透性低的局限性，但磁热转化激活TRPV1所需磁场强度较大，导致磁刺激装置搭建难度高，其应用有限；而近红外光（near-infrared，NIR）因其组织穿透深度较可见光高，聚焦性较磁场强，光-热转换效率高而备受关注。近年来已有研究将其应用于光热肿瘤治疗，但利用NIR操控神经元功能处于起步阶段，且至今尚未有在体操控神经元兴奋性的报道。开发无创神经元操控技术将极大地推进大脑功能研究，助力于疾病治疗，具有重要的生理意义。<br>　　本研究拟通过优化磁热技术和近红外光热技术，力争开发出基于磁热或光热无创神经元操纵技术，并将其应用到模式动物，实现对神经元兴奋性和行为的在体操控。在磁热技术优化方面，我们利用自主搭建的磁刺激系统完成了磁性纳米材料磁热转换效率检测，并成功将磁性纳米材料交联至TRPV1通道上。在光热技术优化方面，我们应用吲哚菁绿（ICG）组合793nmNIR对活体线虫进行神经元操控。我们首先对不同浓度ICG的光热转换效率进行检测，发现在NIR刺激下ICG能升温至39-52℃；在异源表达mTRPV1的HEK293T细胞上进行光热刺激能激活该通道并引起钙内流。在体水平上，我们对喂食ICG的活体线虫进行光热刺激，发现线虫体内热休克蛋白启动子hsp-4驱动的报告基因gfp表达上调，说明ICG在线虫体内能响应NIR刺激并产热，进而调控基因表达。在行为操作上，因野生型线虫对热敏感，遇到热刺激时发生明显的撤退行为。为了排除线虫自身热敏感神经干扰，我们先对线虫体内主要的温敏蛋白进行筛选，发现失活了TAX-2蛋白的PR691品系线虫在光热刺激下撤退行为显著减少，提示TAX-2是引起野生型线虫撤退中主要热敏蛋白。以该突变体品系线虫为模式动物，在其AFD和FLP神经元中特异性表达mTRPV1，给予光热刺激能使胞内钙信号显著增加；同时线虫撤退率呈现ICG浓度和NIR功率剂量依赖的递增效应。此外，我们还发现在DMNs、DVC中间神经元和肌肉细胞中表达mTRPV1后，当给予线虫光热刺激时，其游泳运动行为摆动次数显著减少，爬行实验撤退率明显增加。以上结果提示ICG-NIR光热技术能通过mTRPV1有效操控活体线虫神经元兴奋性，改变线虫撤退和游泳行为。<br>　　综上，本研究基于热敏感离子通道TRPV1的无创神经元操控技术进行改进。一方面在自主搭建的磁热刺激系统上摸索优化技术条件；另一方面组合光热敏感材料和近红外光，首次实现光热刺激技术通过调节活体线虫神经元内钙稳态实现操控其行为，为后续在哺乳动物中开发光热无创操控技术提供了新的范式。