天津大学生命科学学院常津教授团队将纳米技术与光遗传学技术结合，设计了一种新型的纳米抗肿瘤光遗传操控系统——研究人员向生物体表面照射脉冲式近红外光，光线穿透深层组织，被稀土纳米颗粒接收转换为可见蓝光，进而激活光感蛋白，最终精准触发肿瘤细胞凋亡。这一系统的成功研发，有望提供一种恶性肿瘤“微创治疗”新方式。介绍该成果的论文《近红外光激活的上转换光遗传学纳米系统用于肿瘤治疗》已发表在纳米领域知名期刊《ACS Nano》上。
光遗传学技术是通过光学控制激活或抑制受体细胞表达光敏感蛋白，从而实现对细胞活性乃至生理功能的精准调控,为本世纪最引人关注的生物技术之一。然而，长期以来，光遗传学技术无法实现临床转化，主要因为应用时需要在活体中植入可见光光源，才能发挥作用。而植入光纤、LED灯等可见光源对生物体损伤较大，且有线设备的佩戴限制了生物体的活动。
常津教授团队设计的这种纳米抗肿瘤光遗传操控系统，可以巧妙地利用稀土“建造”的纳米颗粒作为细胞中的“能量中转站”，将肉眼不可见、但能有效穿透人体组织的近红外光转换为可见的局部蓝光，代替可见光源发挥功能，为光遗传技术应用起到了推动作用。
实验中，研究者向小鼠肿瘤部位注射了搭载光敏凋亡基因（Fas-Cib1+Cry2-FADD），掺杂造影剂钆（Gd）且负载荧光染料吲哚菁绿（ICG）的上转换纳米颗粒，并对小鼠进行了脉冲式近红外光照射。结果显示，照射4周后，小鼠肿瘤体积及重量显著减小（200mm3，0.25g），并展示出更长的存活期（8周）。“稀土纳米颗粒结合光遗传学技术用于肿瘤靶向可视化治疗，具备微创性、深层组织穿透性及强操控性等特点。未来有望通过在颗粒中掺杂不同稀土元素及改造光感功能蛋白，实现对多重细胞通路的操控。”常津教授说。