感官时代中的光遗传学技术

谭 晶 李腾飞 张 宇 孙 跞 李思博 辛 华

(1. 佳木斯大学附属第一医院检验科，黑龙江省，佳木斯 154000 中国；2. 佳木斯中医院 骨三科，黑龙江省，佳木斯 154000 中国；3. 佳木斯市传染病医院 感染二科，黑龙江省，佳木斯 154000 中国)

1 光遗传学介绍

光遗传学是一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的技术，让我们能够精准地探究特定的神经环路和大脑功能之间的关系，这是一个跨越式的进步。科学家发现，微生物能够感知光线，改变细胞膜状态，2005年Karl Deisseroth提出通过在神经细胞中表达光敏蛋白，引起科学家对光感细胞方面的高度关注。2007年，光遗传学技术实现了对小鼠行为的精确控制[1]。此后，研究者发现了一系列视蛋白家族，如嗜盐菌视紫红质、细菌视紫红质、视紫红质和多成分动物视蛋白。通过使用基因工程技术，其被选择性地植入目标的神经元亚群中引发动作电位，在同一组织部位既能实现光发生控制又能接受检测信号。这些蛋白质的离子通道对不同波段光发生反应，使细胞膜去极化或者超极化，再综合行为学、电生理学、心理学等信息集合了解调控状态。从复杂的神经系统中获取高分辨率的信息，是光遗传学技术中面临的一个挑战，科学家又利用生物化学工程技术去除脂质，将完整的组织转换为纳米水凝胶形式，在水凝胶中保持蛋白质和细胞在适当的位置(称为CLARITY)，调控变得更迅速更方便更直观[2]。光发生工具迅速发展，推动科学家对神经在健康和疾病状态下的结构和功能的理解，并且不仅可以应用在神经元上，还能够用于基因的控制，为临床治疗提供了一种变革性方法。……