导读
帕金森病（Parkinson’sdisease,PD）是一种高发于老年群体的神经退行性疾病，主要病理特征为多巴胺神经元破坏和基底节功能异常。目前的治疗手段以药物和手术为主，但药物剂量难控且易引发运动并发症，手术侵入性强、适应症严格，仅少数患者受益。光遗传学技术通过基因工程改造神经元，实现对神经功能的精准调控，但其依赖穿透性差的可见光，需植入光纤进行深部脑区刺激，可能造成脑损伤和炎症反应。天津医科大学的研究团队创新性地将上转换发光技术与光遗传学结合，开发出微创、精准的上转换光遗传学策略，为帕金森病治疗带来新突破。

本研究的核心团队包括Xinsheng Li、Xiaoran Wang、Ting Zhou、Jiaojiao Yu、Heng Xiang、Cai Zhang、Shao-Kai Sun和Ruxia Liu。他们通过跨学科合作，将材料学与神经科学深度融合，验证了上转换光遗传学在神经调控领域的变革性潜力。成果于2025年6月发表在国际期刊《Biomaterials》上，题为“Minimally invasive upconversion optogenetics for Parkinson’s disease treatment”。研究通过构建上转换纳米材料（UCNPs），将近红外光（组织穿透性强）转换为可见光（适合光遗传学应用），无需植入光纤即可实现深部脑区神经元的激活或抑制，为帕金森病治疗提供了全新的微创方案。

重要发现
核心技术：上转换纳米材料与光遗传学的结合
研究团队首先设计并制备了水溶性良好的上转换纳米材料（UCNPs@DP-PEG）。通过荧光光谱分析发现，该材料在980nm近红外激光激发下，可在473nm处产生显著的蓝光发射峰，能够有效激活蓝光响应型光敏蛋白ChR2。这种纳米材料的独特设计使其在生物体内具有良好的稳定性和生物相容性，为后续活体实验奠定了基础。

帕金森病模型中的疗效验证
在单侧黑质致密部注射6-羟基多巴胺构建的PD小鼠模型中，研究团队通过AAV载体在损伤侧外侧苍白球（GPe）表达hSyn-ChR2-mCherry，并在行为测试前1天注射UCNPs。与传统光遗传学需植入光纤不同，该方法仅需在颅骨表面固定光纤传导近红外光，即可实现深部脑区的激活。通过检测神经元激活标志物的表达，证实GPe脑区成功被激活。

行为学实验进一步验证了该技术的有效性。矿场及转棒实验结果显示，上转换光遗传激活GPe脑区可显著提高PD小鼠的运动距离、平均速度，降低不动时间，并延长其在转棒上的停留时间，表明小鼠的运动功能得到明显改善。

创新与亮点
突破传统光遗传学的局限性
传统光遗传学依赖穿透性差的可见光，需植入光纤进行深部脑区刺激，不仅操作复杂，还可能引发脑损伤和炎症反应。而上转换光遗传学利用近红外光的强穿透性，结合UCNPs将其转换为可见光，无需植入光纤即可实现深部脑区的精准调控，从根本上解决了传统技术的侵入性问题。这种微创特性大大降低了手术风险，为临床应用提供了更安全的选择。

总结与展望
本研究通过上转换光遗传学技术，为帕金森病治疗提供了一种微创、精准的新策略。其核心创新在于将近红外光的强穿透性与光遗传学的精准调控能力结合，克服了传统技术的侵入性缺陷，并在活体动物模型中验证了其安全性和有效性。此外，该技术在神经环路研究和行为调控中的拓展应用，进一步凸显了其在神经科学领域的重要价值。

展望未来，研究团队计划进一步优化UCNPs的性能，例如提高光转换效率、延长体内循环时间，以增强治疗效果。同时，探索该技术在其他神经系统疾病（如阿尔茨海默病、抑郁症）中的应用潜力，将是下一阶段的研究重点。随着技术的不断成熟，上转换光遗传学有望从实验室走向临床，为更多神经系统疾病患者带来新的希望。此外，与其他前沿技术（如柔性电子器件、脑机接口）的结合，可能进一步拓展其应用边界，推动神经科学和精准医学的发展。

声明：本文仅用作学术目的。
文章来源于：
Li X, Wang X, Zhou T, Yu J, Xiang H, Zhang C, Sun SK, Liu R. Minimally invasive upconversion optogenetics for Parkinson's disease treatment. Biomaterials. 2025 Jun 17;324:123509.

DOI: 10.1016/j.biomaterials.2025.123509.