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我国学者报道圆偏振光致手性探针加速神经元的分化
2020年11月04日    作者: 王春霞 杨俊林    发布 : 化学科学部

在国家自然科学基金项目(批准号:21925402、21631005、51802125 )等资助下,江南大学匡华教授团队与美国密歇根大学、新加坡国立大学合作,利用精准构筑的手性组装结构,通过圆偏振光产生的光学力矩,调控了神经干细胞向神经元的定向分化。研究成果以“圆偏振光介导手性探针刺激神经细胞的分化(Stimulation of neural stem cell differentiation by circularly polarized light transduced by chiral nanoassemblies)”为题,于2020年10月26日在《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)上发表。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41551-020-00634-4

神经元是神经系统结构和功能的基本单位,承担着信息接受、传导、整合和输出等功能,调节和控制人体的生命活动。由于神经元分化程度较高,一旦受损,难以修复,常常导致大脑永久损伤,产生记忆和认知障碍,如阿尔兹海默症、帕金森症等神经退行性疾病。有效修复神经元损伤,恢复大脑功能,是治疗神经退行性疾病的基础。

江南大学匡华教授团队巧妙设计了具有“变构”效应的双核手性纳米组装结构(图1),随着干细胞的分化,该手性探针在细胞内产生构象转换,其圆二色光谱(CD)信号反转。利用圆偏振光(532nm,50 Hz)诱导神经干细胞的分化,70%的干细胞5天内可分化为神经元细胞。通过钙离子成像、阿尔兹海默症模型小鼠等活体水平测试,进一步验证了分化后的神经元具有良好的生物活性,能够在小鼠脑部定植,逆转因脑部神经元损伤而导致的认知障碍。

团队系统研究了圆偏振光促进神经干细胞定向分化的机制,发现手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1有亲和作用,偏振光致手性探针产生的光学力矩高达10 nN,该光学力矩产生的机械力与细胞骨架的相互作用刺激干细胞的分化,激活了干细胞内神经元特定基因的高表达,加速了神经元细胞的分化成熟。手性探针的光响应增强了神经干细胞的分化和成熟,为蛋白构象类疾病的诊断和治疗提供了新策略。

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图1 手性探针的冷冻电镜表征及其在细胞内圆二色光谱响应(上);手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1的亲和(中);阿尔兹海默症小鼠脑中新的神经元生成(下)。

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