Near‐Infrared Photothermal Manipulates Cellular Excitability and Animal Behavior in Caenorhabditis elegans

光热治疗 体内 瞬时受体电位通道 秀丽隐杆线虫 神经科学 化学 感觉系统 TRPV1型 生物物理学 生物 纳米技术 受体 材料科学 生物化学 基因 生物技术
作者
Siyi Zhuang,Mubin He,Jiaqi Feng,Shiyi Peng,Haochen Jiang,Yunhao Li,Hua Ning,Yujie Zheng,Qizhen Ye,Miaojin Hu,Ying Nie,Peilin Yu,Xiaomin Yue,Jun Qian,Wei Yang
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:7 (11) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smtd.202300848
摘要

Abstract Near‐infrared (NIR) photothermal manipulation has emerged as a promising and noninvasive technology for neuroscience research and disease therapy for its deep tissue penetration. NIR stimulated techniques have been used to modulate neural activity. However, due to the lack of suitable in vivo control systems, most studies are limited to the cellular level. Here, a NIR photothermal technique is developed to modulate cellular excitability and animal behaviors in Caenorhabditis elegans in vivo via the thermosensitive transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) channel with an FDA‐approved photothermal agent indocyanine green (ICG). Upon NIR stimuli, exogenous expression of TRPV1 in AFD sensory neurons causes Ca 2+ influx, leading to increased neural excitability and reversal behaviors, in the presence of ICG. The GABAergic D‐class motor neurons can also be activated by NIR irradiation, resulting in slower thrashing behaviors. Moreover, the photothermal manipulation is successfully applied in different types of muscle cells (striated muscles and nonstriated muscles), enhancing muscular excitability, causing muscle contractions and behavior changes in vivo. Altogether, this study demonstrates a noninvasive method to precisely regulate the excitability of different types of cells and related behaviors in vivo by NIR photothermal manipulation, which may be applied in mammals and clinical therapy.

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