目前，“中风”已成为全球第二大致死原因（仅次于缺血性心脏病）和第三大致残原因。缺血性中风患者在中风期间，大脑动脉血流会被堵塞，富含氧气的血液也就无法进入细胞，从而导致细胞氧气耗竭并积累二氧化碳，引发酸中毒、亚硝化和氧化应激以及线粒体功能障碍，最终导致不可逆的神经元死亡。
近日，华中科技大学的研究团队在 《Nano Letters》在线发表了“Oxygen-Generating Cyanobacteria Powered by Upconversion Nanoparticles-Converted Near-Infrared Light for Ischemic Stroke Treatment”文章，该团队研发的纳米光合作用生物系统能够通过持续产生氧气并吸收二氧化碳，保护神经元细胞免受缺氧导致的细胞死亡，从而治疗中风。
该研究团队开发的纳米光合作用疗法（NPT），利用 core−shell Nd3+ 掺杂的上转换纳米颗粒（UCNP）将 808 nm 近红外光转换为可见光，从而驱动 S. elongatus 消耗二氧化碳并产生氧气，保护神经元免受缺血性损伤。将 S. elongatus 与小鼠脑神经瘤细胞（N2a）共同培养，发现 S. elongatus 与哺乳动物细胞具有良好的细胞相容性，不仅如此，小鼠脑神经瘤细胞还能够消耗 S. elongatus 产生的氧气，乳酸的产生量显著降低 32％，研究表明 “光合作用” 产生的氧气能够有效供应，保护中风患者的神经元细胞免受缺氧导致的死亡。
进一步研究发现，中风的小鼠在接受治疗后，运动协调性能够得到改善。通过测试接受 NPT 治疗 8 周的小鼠血管密度发现，S. elongatus 可能通过影响小胶质细胞来增强血管生成，NPT 治疗方法在促进血管生成和保护其余血管网络免受中风相关损伤方面具有双重作用。研究表明，将其应用于中风的动物模型中，纳米光合作用疗法可以有效地提高组织氧合能力、减少梗塞体积，并改善行为结果，促进小鼠卒中后的脑血管生成。
不可否认，如果未来可以将这种纳米光合作用疗法应用到临床上，那么人类在攻克中风、心梗等疾病上将迈出飞跃性的一步。
参考资料：
[1]Jian Wang., et, al. (2021).Oxygen-Generating Cyanobacteria Powered by Upconversion-Nanoparticles-Converted Near-Infrared Light for Ischemic Stroke Treatment. Nano Letters, 2021. DOI:10.1021/acs.nanolett.1c00719
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Nano Letters | 让大脑进行 “光合作用”！纳米光合系统为大脑缺氧提供全新解决方案
发布时间：2021-05-25 17:45 文章来源：未知 作者：百替生物
目前，“中风”已成为全球第二大致死原因（仅次于缺血性心脏病）和第三大致残原因。缺血性中风患者在中风期间，大脑动脉血流会被堵塞，富含氧气的血液也就无法进入细胞，从而导致细胞氧气耗竭并积累二氧化碳，引发酸中毒、亚硝化和氧化应激以及线粒体功能障碍，最终导致不可逆的神经元死亡。
近日，华中科技大学的研究团队在 《Nano Letters》在线发表了“Oxygen-Generating Cyanobacteria Powered by Upconversion Nanoparticles-Converted Near-Infrared Light for Ischemic Stroke Treatment”文章，该团队研发的纳米光合作用生物系统能够通过持续产生氧气并吸收二氧化碳，保护神经元细胞免受缺氧导致的细胞死亡，从而治疗中风。
该研究团队开发的纳米光合作用疗法（NPT），利用 core−shell Nd3+ 掺杂的上转换纳米颗粒（UCNP）将 808 nm 近红外光转换为可见光，从而驱动 S. elongatus 消耗二氧化碳并产生氧气，保护神经元免受缺血性损伤。将 S. elongatus 与小鼠脑神经瘤细胞（N2a）共同培养，发现 S. elongatus 与哺乳动物细胞具有良好的细胞相容性，不仅如此，小鼠脑神经瘤细胞还能够消耗 S. elongatus 产生的氧气，乳酸的产生量显著降低 32％，研究表明 “光合作用” 产生的氧气能够有效供应，保护中风患者的神经元细胞免受缺氧导致的死亡。
进一步研究发现，中风的小鼠在接受治疗后，运动协调性能够得到改善。通过测试接受 NPT 治疗 8 周的小鼠血管密度发现，S. elongatus 可能通过影响小胶质细胞来增强血管生成，NPT 治疗方法在促进血管生成和保护其余血管网络免受中风相关损伤方面具有双重作用。研究表明，将其应用于中风的动物模型中，纳米光合作用疗法可以有效地提高组织氧合能力、减少梗塞体积，并改善行为结果，促进小鼠卒中后的脑血管生成。
不可否认，如果未来可以将这种纳米光合作用疗法应用到临床上，那么人类在攻克中风、心梗等疾病上将迈出飞跃性的一步。
参考资料：
[1]Jian Wang., et, al. (2021).Oxygen-Generating Cyanobacteria Powered by Upconversion-Nanoparticles-Converted Near-Infrared Light for Ischemic Stroke Treatment. Nano Letters, 2021. DOI:10.1021/acs.nanolett.1c00719