基于聚合物微胶囊的光诱导神经活性蛋白递送平台：单光子与双光子激发机制的比较及神经分化功能研究

《Scientific Reports》：Laser-induced release of neuroactive proteins from polymer microcapsules using one- and two-photon excitation for directed neural cell differentiation

摘要

精确控制神经活性蛋白的递送对于指导神经细胞分化和理解神经发育过程至关重要。然而，现有的方法缺乏各种生物应用所需的高空间分辨率、深组织穿透力和最小光毒性的组合。在此，我们提出了一种光诱导神经活性蛋白从聚合物胶囊中释放的平台，比较了单光子与双光子激发机制，并展示了功能性神经分化效果。将神经活性蛋白（BDNF和NeuroD1）加载至1.7微米的多电解质胶囊中，然后通过两种共聚焦显微镜系统将其释放到神经前体细胞（NPCs）中：单光子（488、561 nm）和双光子（795、982和1045 nm）。所获得的胶囊在NPCs中表现出低细胞毒性和高内化能力，以及稳定的蛋白质载药性能。所加载的胶囊能够在不影响细胞存活的参数下，通过单光子（561 nm，49 μW）或双光子（1045 nm，1.5 mW）可激发激光释放蛋白质。微胶囊在内化后两周内仍能保持高水平的荧光和检测能力。此外，这些胶囊可用于激活NPCs的局部分化。激光诱导激活与集成追踪的结合，创建了一个具有单细胞精度的强大平台，用于研究神经发育、再生以及细胞间相互作用。