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众所周知，神经元是神经系统结构和功能的基本单位，承担着信息接受、传导、整合和输出等功能，对人体的生命活动进行调节和控制。由于神经元分化程度较高，一旦受损，难以修复，常常导致大脑永久损伤，产生记忆和认知障碍，如阿尔兹海默症、帕金森症等神经退行性疾病。如何修复神经损伤，恢复大脑功能，是治疗神经退行性疾病的基础。
2020年10月26日，江南大学胥传来教授、匡华教授联合美国密歇根大学Kotov教授在Nature Biomedical Engineering上发表了文章Stimulation of neural stem cell differentiation by circularly polarized light transduced by chiral nanoassemblies。
研究人员巧妙设计了具有“变构”效应的双核手性探针(图1)，将其与神经干细胞孵育，随着干细胞的分化，探针在细胞内产生构象转换, 其圆二色光谱（CD）信号反转。利用偏振光(532nm,50 Hz)诱导，70.7%的干细胞5天内分化为神经元细胞。神经元突触长度测定和钙离子成像等技术确证了分化的神经元具有良好的生物学功能。研究发现手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1有亲和作用，偏振光致手性探针产生的光学力矩高达10 nN，该光学力矩产生的机械力与细胞骨架的相互作用刺激了干细胞的分化，激活了干细胞内神经元特定基因的高效表达，加速了神经元细胞的分化成熟。研究团队将分化的神经元通过脑部注射导入阿尔兹海默症模型小鼠，发现在小鼠大脑生成了新的神经元并发挥作用，小鼠运动和认知能力明显提升，治疗后的模型小鼠脑部阿尔兹海默症标志物Aβ蛋白与Tau蛋白水平下降了70%。
图1 手性探针的冷冻电镜表征及其在细胞内圆二色光谱响应（上）；手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1的亲和（中）；阿尔兹海默症小鼠脑中新的神经元生成（下）。
总之，手性探针的光响应增强了神经细胞的分化和成熟，为神经退行性疾病的治疗提供了新策略。该研究的理论计算得到了美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授以及新加坡国立大学刘小钢教授的大力支持。文章的共同第一作者为博士研究生瞿爱华与孙茂忠研究员，匡华教授、美国密歇根大学Kotov教授以及胥传来教授为共同通讯作者。
https://doi.org/10.1038/s41551-020-00634-4
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