山東大學基礎醫學院醫學遺傳學系劉奇跡教授團隊研究方向為遺傳病致病基因鑒定及利用光遺傳學手段進行干預治療策略探索。近日，劉奇跡教授團隊骨干李曦副教授在此領域取得原創性突破，實現了非病毒轉染/非侵入式光調控對神經干細胞的動員和功能重塑，相關研究結果以“Nongenetic optical modulation of neural stem cell proliferation and neuronal/glial differentiation”為題發表在Biomaterials（2018年影響因子10.223）上。山東大學為獨立完成單位，文章第一作者為山東大學基礎醫學院醫學遺傳學系2017級碩士研究生王梅天和已畢業的2012級碩士研究生許志亮，李曦副教授為該文章的通訊作者。
光生物醫學是人類對于光線的創造性應用。如何在生物體內實現原位、非侵入式的光操控是光醫學研究領域的核心科學問題。光遺傳學從2006年提出到現在，極大地推進了神經調控領域的發展。然而，現有光遺傳學技術普遍依賴病毒載體轉染，需要將光敏蛋白的外源基因轉染到成熟神經細胞，無法真正實現臨床應用。因此，在哺乳動物神經系統中發現光敏響應體系，闡明其光感受/光轉導通路，實現非病毒轉染/非侵入式神經光調控，是該領域亟待解決的關鍵問題。
研究團隊通過大量實驗研究，發現小鼠神經干細胞自身表達多種光敏蛋白，細胞及分子遺傳系列實驗證明：無需病毒載體轉染外源基因，通過微弱藍光（455nm，300 μw/cm2）照射便可利用細胞內Melanopsin-TRPC6-Jab1分子信號通路，顯著提升神經干細胞增殖分化行為。基于此體外實驗結果，研究團隊設計和開發了藍光光纖植入定位照射技術，發現成年小鼠深部腦區的內源性神經干細胞同樣表達此光感受/光信號轉導通路，低劑量照射便可有效動員海馬齒狀回顆粒下區的內源性神經干細胞，實現功能重塑。研究團隊進一步結合近紅外光穿透組織性強、生物損傷小、適合非侵入式深部腦刺激的特點，在山東大學晶體材料國家重點實驗室劉鐸教授的共同指導下，通過在小鼠深部腦區海馬齒狀回顆粒下區注射稀土摻雜上轉換納米顆粒，于腦外側進行近紅外光（980nm）照射，通過非線性效應在大腦深處誘導產生所需藍光。研究結果顯示該技術可以成功誘導靜息態神經干細胞進行分化，實現了非侵入式內源性神經干細胞的體內原位動員。
該研究加深了人們對于神經干細胞光響應特征的理解，表明非病毒轉染/非侵入式光調控可以實現對神經干細胞的動員，重塑神經功能，對于人們廣泛關注的神經損傷及精神抑郁疾病的有效干預治療具有重要的應用價值。課題在進展期間得到了基礎醫學院醫學遺傳學系龔瑤琴教授的大力支持。研究中激光共聚焦顯微鏡數據工作得到高等醫學研究院醫學基礎研究平臺的大力支持。