重大突破

苏州纳米所关于先进近红外光学技术在细胞功能成像和调控中的应用

  光是自然界中最为关键的物质之一,它影响和调控着地球上几乎所有生物体的生命过程。例如,动物通过眼睛捕获光信号以感知环境,植物和微生物通过光合作用从阳光中获取能量。光对生物体的这些关键作用也不断启发着科学家去探索光与生物之间的相互作用及其机理。而人们对生物体光感知和光能量捕获的日益了解也促进了各种基于光的成像技术和调控技术的开发,并在众多生物医学研究中得到了广泛应用。与其他成像和调控技术(磁共振,超声等)相比,光可以作为一种无创工具,实现微米级空间分辨率和亚毫秒级时间分辨率精度来监视和调节活细胞的行为和功能,因此被广泛用于基础研究和临床实践中,例如细胞信号传感,酶活性监测,药物释放控制,基因调控和编辑,视觉调控,神经调节以及癌症的诊断和治疗等。 

  光进入组织后,通常会被组织内的分子反射、吸收或散射。传统的紫外/可见波段光与组织具有很强的相互作用,因此具有极为有限的组织穿透深度(<1 mm),这大大限制了其在活体组织中的应用。与紫外/可见光相比,近红外(NIR,700-1700 nm)光具有更长的波长和更低的能量,能够大大降低生物组织对其的吸收和散射,在活体组织中具有低的光毒性和高的组织穿透深度,这使得光学成像和调控技术在活体深层组织研究中的应用成为可能。尤其,近年来发展起来的具有极低组织吸收、散射和组织自发荧光特性的近红外II区(NIR-II, 1000-1700 nm)荧光成像和调控技术,正为人们打开一扇可以精准认识和调控细胞活体行为的活体光学窗口,也大大推动了光学技术在生物医学中的应用。 

 

  最近,365bet体育在线总站苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌课题组基于近红外II区荧光技术领域的长期创新和积累,在邀请综述“Advanced Near-Infrared Light for Monitoring and Modulating the Spatiotemporal Dynamics of Cell Functions in Living System”中对近年来近红外光的细胞功能成像和功能调控技术研究进展进行了总结,详细介绍了这些技术在肿瘤诊疗、再生医学及神经科学研究中的应用。包括细胞凋亡监测、细胞分化监测、基因表达和信号传导监测、神经电信号监测等细胞功能成像技术,以及光热和光动力学治疗、基因表达和编辑光调控、药物可控释放激活光调控、组织再生光化学调控、视觉光调控、神经光刺激等细胞功能光调控技术。最后,对如何发展更灵敏、更安全、既能同时监测多种细胞行为的多通道成像技术,又能同时调控细胞不同行为的多通道光控技术,以及未来光学技术在中红外和远红外波段的拓展等进行了展望。 

  相关综述文章在线发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201903783)上。 

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