Remote neurostimulation through an endogenous ion channel using a near-infrared light–activatable nanoagonist

神经刺激 瞬时受体电位通道 内生 黄素组 离子通道 神经科学 生物物理学 化学 生物 刺激 生物化学 受体
作者
Weifeng Tian,Qi Jia,Jiamu Lin,Jiamin Luo,Dongmei He,Jing Wang,Guoqin Chen,Haipeng Guo,Yusheng Guo,Wenjie Zhang,Feiyu Chen,Ying Ye,Jingjing Liu,Min-Dong Xu,Chengjie Deng,Beijing Cui,Deyuan Su,Hao Wang,Yi Lu,Jianru Xiao,Heng Liu,Jian Yang,Zhiyao Hou,Shu Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (32)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adn0367
摘要

The development of noninvasive approaches to precisely control neural activity in mammals is highly desirable. Here, we used the ion channel transient receptor potential ankyrin-repeat 1 (TRPA1) as a proof of principle, demonstrating remote near-infrared (NIR) activation of endogenous neuronal channels in mice through an engineered nanoagonist. This achievement enables specific neurostimulation in nongenetically modified mice. Initially, target-based screening identified flavins as photopharmacological agonists, allowing for the photoactivation of TRPA1 in sensory neurons upon ultraviolet A/blue light illumination. Subsequently, upconversion nanoparticles (UCNPs) were customized with an emission spectrum aligned to flavin absorption and conjugated with flavin adenine dinucleotide, creating a nanoagonist capable of NIR activation of TRPA1. Following the intrathecal injection of the nanoagonist, noninvasive NIR stimulation allows precise bidirectional control of nociception in mice through remote activation of spinal TRPA1. This study demonstrates a noninvasive NIR neurostimulation method with the potential for adaptation to various endogenous ion channels and neural processes by combining photochemical toolboxes with customized UCNPs.
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