Motor Neuron‐Specific Membrane Depolarization of Transected Peripheral Nerves by Upconversion Nanoparticle‐Mediated Optogenetics

光遗传学 神经科学 去极化 沟道视紫红质 去神经支配 生物 神经肌肉接头 运动神经元 细胞生物学 生物物理学 解剖 脊髓
作者
Jun Yan,Yunjing Wan,Zhe Ji,Chenxi Li,Chengcheng Tao,Yunjiao Tang,Yuze Zhang,Yaobo Liu,Jian Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (50) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adfm.202303992
摘要

Abstract It remains a fundamental challenge to administer guided regeneration and functional recovery of peripheral nerves after the complete transection. Herein, a new concept to specifically depolarize the membranes of the target acetylcholinergic motor neurons by near infrared (NIR) laser‐triggered optogenetics for promoted functional reconnection of transected peripheral nerves is reported. The approach features the anchoring of acetylcholine‐modified upconversion nanoparticles (UCNP) onto the acetylcholine receptors on the postsynaptic membrane and selective infection of the motor neural cells with adeno‐associated virus loading channelrhodopsin 2 (ChR2). The upconversion fluorescence mediated by UCNP can activate ChR2 protein for membrane depolarization of the acetylcholinergic motor neurons. It induces a cascade of events, including axonal regeneration, Schwann cells remyelination, brain‐derived neurotrophic factor expression enhancement, and the remodeling of neuromuscular junctions (NMJ) from muscle denervation, which leads to promoted functional reconnection of the injured peripheral nerves. The results of behavioral and electrophysiological experiments further verify the functional recovery of transected peripheral nerves by the approach. The UCNP‐mediated optogenetic strategy of minimally invasive, precisely guided, and functional reconnection of injured nerves shall bring great benefits to both fundamental research and translational development in neural regenerative medicine.
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