Upconversion Nanoparticles–Based Multiplex Protein Activation to Neuron Ablation for Locomotion Regulation

光遗传学 神经元 光刺激 材料科学 单线态氧 体内 生物物理学 纳米技术 化学 神经科学 生物 氧气 生物技术 有机化学
作者
Yan Zhang,Wanmei Zhang,Kanghua Zeng,Yanxiao Ao,Mengdie Wang,Zhongzheng Yu,Fukang Qi,Weiwei Yu,Heng Mao,Louis Tao,Cuntai Zhang,Timothy Thatt Yang Tan,Xiangliang Yang,Kanyi Pu,Shangbang Gao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:16 (8) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/smll.201906797
摘要

Abstract The optogenetic neuron ablation approach enables noninvasive remote decoding of specific neuron function within a complex living organism in high spatiotemporal resolution. However, it suffers from shallow tissue penetration of visible light with low ablation efficiency. This study reports a upconversion nanoparticle (UCNP)–based multiplex proteins activation tool to ablate deep‐tissue neurons for locomotion modulation. By optimizing the dopant contents and nanoarchitecure, over 300‐fold enhancement of blue (450–470 nm) and red (590–610 nm) emissions from UCNPs is achieved upon 808 nm irradiation. Such emissions simultaneously activate mini singlet oxygen generator and Chrimson, leading to boosted near infrared (NIR) light–induced neuronal ablation efficiency due to the synergism between singlet oxygen generation and intracellular Ca 2+ elevation. The loss of neurons severely inhibits reverse locomotion, revealing the instructive role of neurons in controlling motor activity. The deep penetrance NIR light makes the current system feasible for in vivo deep‐tissue neuron elimination. The results not only provide a rapidly adoptable platform to efficient photoablate single‐ and multiple‐cells, but also define the neural circuits underlying behavior, with potential for development of remote therapy in diseases.
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