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围手术期神经认知障碍（PND）是外科患者常见的并发症。虽然已经研究了许多预防PND的干预措施，但彻底的治疗方法仍然十分有限。因此，深入研究PND的机制、确定治疗靶点和开发有效的治疗方法至关重要。
在本研究中，中山大学姚伟锋副主任医师、张振副教授和黑子清主任医师等人发现顶盖背侧腱（DTT）神经元活动减少与胫骨骨折手术诱导的PND有关，表明神经元兴奋-抑制（E–I）失衡可能导致PND。而使用上转换纳米颗粒（UCNPs，能够将808nm的近红外光转换为可见光波长）对DTT脑区进行光遗传学策略，可在DTT脑区域以最小的损伤触发兴奋性神经元的激活，从而改善PND模型中的认知障碍症状。此外，这种调节E–I失衡的非侵入性干预在Morris水迷宫测试中对小鼠行为产生了积极影响，这表明UCNP介导的光遗传学是治疗神经失衡障碍的一种有前途的工具。相关工作以“Upconversion-Mediated Optogenetics for the Treatment of Surgery-Induced Postoperative Neurocognitive Dysfunction”为题发表在ACS Nano。
【文章要点】
该研究结果表明，在患有PND的小鼠中，DTT中的兴奋性神经元被失活。PND的机制尚不清楚；目前的观点认为，它与神经递质失衡、神经炎症和氧化应激有关。然而，由于血脑屏障的存在，基于这些机制的治疗靶点是有限的。海马体是大脑中参与记忆和学习的关键组成部分，在手术后也容易受到神经炎症的影响。因此，海马中的E–I失衡在PND中起着重要作用。然而，这项研究证明了胫骨骨折手术诱导的PND与DTT兴奋性神经元活动减少有关，而与海马体无关（图1）。
图1 DTT神经元活动下降与胫骨骨折手术所致PND的相关性
随后，作者将上转换纳米颗粒UCNPs@SiO2注射进DTT，UCNP可以有效地将808nm近红外光转换为DTT区域的可见光，从而激活ChR2，导致阳离子流入，并且最终激活兴奋性神经元，从而有效改善胫骨骨折手术引起的认知障碍症状（图2）。在MWM测试中，阳性效果是明显的，显示了UCNP介导的光遗传学作为神经失衡障碍和围手术期手术场景的一种有前途的工具的潜力。
图2 UCNP介导的光遗传学治疗术后神经认知功能障碍示意图
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c10829
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