[發明專利]復合有上轉換納米顆粒的光遺傳神經修復支架及制備方法

在審

• 申請號: 202211102080.2
• 申請日: 2022-09-09
• 公開（公告）號: CN115463251A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 黃忠兵;郭孟琦;楊冰;尹光福;蒲曦鳴;王娟;廖曉明
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: A61L27/08
• 分類號: A61L27/08;A61L27/20;A61L27/50;A61L27/02;A61L27/22
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本發明涉及兩種復合有上轉換納米顆粒的光遺傳神經修復支架及制備方法。用SiO₂包覆核殼結構的NaYF₄:Yb:Tm@NaYF₄上轉換納米粒，將近紅外光轉換為藍光；在電紡平行絲膜或殼聚糖?石墨烯薄膜上通過靜電吸附法或復合摻入法將上轉換顆粒與薄膜結合，并經卷曲成管后形成載有上轉換納米顆粒的神經修復支架；在其內部注射載有視紫紅質蛋白基因的病毒，制得用于神經再生的光遺傳修復支架。本發明所得可光遺傳促進神經損傷修復支架具有良好的生物相容性和降解性，通過近紅外光照刺激可增加神經細胞和神經軸突的活性，從而有效地促進神經損傷再生，可用于體外非侵入式光刺激治療脊髓神經、周圍神經的損傷再生，具有良好臨床的應用價值。

技術領域

本發明涉及再生組織工程材料技術領域，具體是兩種復合有上轉換納米顆粒的光遺傳神經修復支架及其制備和應用方法。

背景技術

周圍神經損傷大多是疾病或外傷引起的神經直接裂斷或結構改變，致使受該神經支配的區域出現感覺障礙、運動障礙和營養障礙。然而由于神經細胞為高度分化的細胞，其修復過程要經過變性、再生的過程，再生速度十分緩慢。周圍神經損傷修復的最佳方法是自體神經移植，但由于其來源有限，且簡單外膜縫合修復的損傷神經易與周圍組織形成粘連，影響神經功能的恢復，使得這種方法長期在臨床受到限制。如今臨床多應用基于組織工程材料的神經損傷修復。

組織工程是以細胞生物學和材料科學的理論及前沿技術為基礎，在人體內外構建人體組織或器官用于替代治療。與單純使用組織工程材料治療相比，人體組織與組織工程材料相結合的方法可以具有誘導細胞增殖分化的作用，且具有良好的生物相容性。

光遺傳通常是指結合光學與遺傳學手段，精確控制特定神經元活動的技術。這項技術著力于將外源光敏感蛋白基因導入活細胞中，在細胞膜上表達了光敏感通道蛋白；然后通過特定波長光的照射，激活并控制細胞膜上的光敏感通道蛋白的打開與關閉，從而達到控制神經元活動的目的。視紫紅質通道蛋白-2 (ChR2) 來自萊茵衣藻，由通道蛋白-2(Chop2) 與視黃醛結合形成，是視蛋白的的一種。光敏蛋白視紫蛋白（ChR2）在藍光（最大激發峰在470nm波長附近）的激發下，會誘導陽離子通道的打開，從而促使神經元的去極化，進而誘發動作電位，激活神經元。然而，藍紫光存在著生物組織穿透深度低、組織損傷嚴重等局限性。相反，近紅外光（NIR）顯示出更高的組織穿透深度和較小的光損傷組織的作用。因此，人們探究將近紅外光轉換為藍紫光，從而刺激ChR2蛋白，以達到精準治療的目的。其中上轉換納米材料是實現近紅外光與藍紫光之間轉換的有效途徑。上轉換納米材料是一種能將低能量的光子轉換成高能量光子的功能材料；人們主要采用近紅外光照射激發，使其發射出近藍紫光波長的光子，它還利用了近紅外光具有的組織穿透能力強、對生物組織損傷小與促進細胞生長的優點。一般地，稀土元素具有較好的上轉換特性，其中銩元素（Tm）因具有更多的能級，能夠在更多種的近紅外光波長照射下實現上轉換，是現在研究較多的稀土發光元素。在熒光納米材料中摻雜稀土元素，可有效改進上轉換吸收光的波長范圍，使得材料具有更高的上轉換效應，從而促進細胞的修復。此外，二氧化硅（SiO₂）具有良好的生物相容性，它包覆在微球材料表面，能夠減少納米材料的細胞毒性。