Cell子刊：同济大学成昱/吕诚/张玲团队开发新型DNA纳米通道，实现体内时空神经调控

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在人体神经系统中，数十亿个神经元相互协作，形成复杂的神经网络，以高时空分辨率执行多种神经生理活动。神经元膜上的各种离子通道介导离子跨膜运输的动态和顺序过程，并严格调控神经递质释放和信号转导等生理功能。离子运输异常可导致瘫痪、癫痫和先天性痛觉缺失等神经疾病。

目前，这些疾病的临床治疗通常通过刺激生物离子通道来恢复正常的离子运输，包括药物治疗和物理神经调节。然而，小分子药物由于离子通道结构相似，往往缺乏亚型特异性，并且代谢迅速，限制了治疗的精准度和效果。侵入性的物理神经调节方法，例如皮质内刺激（ICS）和脑深部刺激（DBS），具有高时空精度，但需要植入电极，存在感染和术后并发症的风险。包括经颅直流电刺激（tDCS）和经颅磁刺激（TMS）在内的非侵入性方法缺乏通道级定位，导致作用机制不明确且治疗范围有限。

作为一种革命性技术，光遗传学通过基因表达光敏蛋白并用可见光刺激实现通道特异性神经调控。然而，其临床应用受到不可预测的基因毒性和可见光组织穿透力有限的安全风险的限制。因此，迫切需要探索具有分子级精度的非基因神经调节策略，以动态调节神经元治疗神经疾病。

同济大学附属上海第四人民医院成昱、吕诚、同济大学医学院张玲等人在 Cell 子刊Cell Biomaterials上发表了题为：Spatiotemporal neuromodulation via reversible and photothermal-gated DNA nanochannels 的研究论文。

该研究开发了可逆、光热门控 DNA 纳米通道，实现时空神经调控，为体内神经调控提供了通用性解决方案，有望用于治疗神经疾病（例如瘫痪、癫痫和先天性痛觉缺失）以及神经肌肉疾病（例如重症肌无力、肌强直和周期性瘫痪） 等 离子运输障碍相关疾病。

在分子尺度上动态调控神经元，对于精准治疗神经系统疾病至关重要，然而现有方法面临实现高时空分辨率与避免体内基因编辑的两难困境。

在这项最新研究中，研究团队提出了一种非遗传性神经调控策略，通过可逆光热门控 DNA 纳米通道——NC-JNP，实现纳米级空间分辨率与秒级时间精度的神经调控。

该系统将热响应型 DNA 纳米通道与金-四氧化三铁（Au-Fe3O4）Janus 纳米颗粒相结合，后者作为局域近红外（NIR）光热转换器，可实现 98.4% 的细胞膜插入效率，并通过 DNA 纳米通道的可逆构象变化调控神经元功能。

在周期性 808 nm 波长激光照射下，纳米通道呈现离子传输的循环门控效应，能在数秒内增强背根神经节神经元的兴奋性。该策略通过 1 分钟激光照射成功恢复了 NaV1.7 基因敲除小鼠的痛觉感知。

该研究的亮点：

• NC-JNP 将热门控纳米通道（NC）与 Janus 纳米颗粒（JNP）相结合，用于时空神经调控；

• NC-JNP 标记了 98.4% 的神经元，为神经调控提供了分子靶点；

• 近红外光照射下，NC-JNP 可在数秒内调节背根神经节神经元的兴奋性；

• 近红外激光照射下，NC-JNP 能够恢复 NaV1.7 基因敲除小鼠的痛觉感知。

总的来说，通过 DNA 纳米技术与近红外光热驱动的协同作用，这些人造纳米通道以精确的控制精度突破了传统工具的时空权衡局限，为体内神经调控提供了通用性解决方案，有望用于治疗神经疾病（例如瘫痪、癫痫和先天性痛觉缺失）以及神经肌肉疾病（例如重症肌无力、肌强直和周期性瘫痪）等离子运输障碍相关疾病。

论文链接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00206-5