北京
慢性疼痛是全球高发的神经系统疾病。传统药物治疗往往存在疗效有限、副作用明显以及成瘾风险等问题，因此开发更加精准、安全的镇痛技术成为研究热点。
近日，中国科学院西安光学精密机械研究所等开发了一种基于上转换纳米颗粒的无线光遗传调控策略，利用近红外光激发上述纳米颗粒发出蓝光，制作出一个减缓疼痛信号的“光控刹车”，实现深部神经组织的非侵入式精准调控，为慢性疼痛治疗提供了新思路。
01
瞄准疼痛“中转站”
背根神经节（DRG）是由大量感觉神经元胞体聚集形成的神经结构，相当于感觉信号的“中转站”。
科研团队将抑制性光敏蛋白SwiChRca定向表达于DRG伤害性感觉神经元中，并设计制备了一种具有核壳结构的上转换纳米颗粒UCNPs。在980nm近红外光照射下，该纳米颗粒能够将穿透能力更强的近红外光转换为蓝光输出。
科研团队将UCNPs局部递送至DRG区域，使其与蛋白“汇合”。当近红外光照射上UCNPs时，产生的蓝光能够有效激活抑制性光敏蛋白SwiChRca。
被激活后的SwiChRca可促进氯离子进入神经元，引起细胞膜超极化，从而降低神经元兴奋性并抑制动作电位的产生。
02
给疼痛装上刹车
科研团队根据以上研究，构建出“近红外光-上转换纳米颗粒-光敏蛋白”无线神经调控体系。该系统无需植入光纤，仅依赖体外近红外光照射即可实现对深部神经元的精准调控。
这一过程相当于为异常活跃的疼痛神经元安装了一个“光控刹车系统”，能够从源头减少疼痛信号向中枢神经系统传递。相比传统持续光照方式，SwiChRca具有“短时激活、长效抑制”的特点，可显著降低光照需求，提高神经调控效率。
▲基于上转换纳米颗粒的无线近红外光遗传疼痛调控系统示意图
为了验证该策略的镇痛效果，研究团队建立了小鼠炎症性疼痛模型。
实验结果显示，在近红外光照射条件下，上转换纳米颗粒能够稳定产生蓝光并成功抑制背根神经节神经元活动。
行为学测试进一步表明，经治疗后，小鼠机械痛觉敏感性和热痛觉敏感性均明显降低，疼痛阈值显著提高。随着近红外光照强度增加，镇痛效果进一步增强。
03
为技术提供重要支撑
研究将上转换纳米技术与光遗传学技术有机结合，突破了传统光遗传依赖植入式光纤的限制，实现了深部背根神经节神经元的无线精准调控。
这一策略为慢性疼痛的非药物治疗提供了新的技术路线，也为无线神经调控和下一代光遗传治疗技术的发展提供了重要支撑。
未来，随着上转换纳米材料性能和基因递送技术的进一步优化，该策略有望应用于神经病理性疼痛以及其他神经系统疾病的精准干预。
来源：中国科学院西安光学精密机械研究所
责任编辑：宋同舟
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