中风是导致死亡和残疾的最常见原因之一。大多数神经保护剂主要是针对下游级联事件，例如兴奋性毒性，氧化和亚硝化应激以及炎症，而未能从大脑缺血性损伤中挽救神经元。这主要是今天为大家分享一篇年5月19日发表在NanoLetter上的工作，文章的题目是“Oxygen-GeneratingCyanobacteriaPoweredbyUpconversionNanoparticles-ConvertedNear-InfraredLightforIschemicStrokeTreatment”。在这项工作中，华中医院王琳教授团队报道了近红外光（NIR）驱动的纳米光合作用生物系统，该系统能够产生氧气并吸收二氧化碳，从而从缺血中拯救神经元治疗中风。
中风是全球第二大死亡原因，对公共健康构成沉重负担。缺血性中风是中风的主要类型，约占中风的87％。脑卒中期间脑动脉血流中断后，氧气耗竭以及二氧化碳的积累会导致酸中毒，亚硝化和氧化应激以及线粒体功能障碍，从而导致不可逆的神经元死亡。临床上，静脉溶栓（IVT）和动脉内血栓切除术（IAT）是用于血管重建以抢救神经元的两种可用治疗方法。但是，由于治疗窗口狭窄和颅内出血风险增加，只有不到5％的中风患者从这些疗法中受益。
由于缺氧是中风后的主要危机，可以持续提供氧气帮助改善敌对微环境的疗法可能会有效地保护神经元免受脑缺血性损伤。尽管已经研究了一些载氧生物材料为中风治疗的神经元提供氧气，它们有限的携氧能力以及无法减少累积的二氧化碳阻碍了它们发展为治疗剂。有趣的是，一个单细胞专性光自养蓝藻细菌，即Syechococcuselongatus（S.elongatus），最近被用于增加组织氧合和改善心脏功能以治疗缺血性心肌病。同时，另一种类型的蓝细菌显示增加缺氧肿瘤区域的氧气水平。由于能够持久地产生氧气并消耗光中的二氧化碳，所以S.elongatus可以克服上述携带氧气的生物材料的局限性，并可以用作产生氧气的活性消耗二氧化碳的成分。然而，鉴于脑组织的解剖学和生理学特征与心肌和肿瘤的显着不同，因此尚不清楚是否可以以及如何将S.elongatus用作合格的氧源和二氧化碳排放源，以从缺血性损伤中挽救神经元。
在这项工作中，华中医院王琳教授团队报道了通过利用核壳Nd3+掺杂的上转换纳米颗粒（UCNP）将nmNIR转换为可见光，从而驱动S.elongatus产生氧气并保护神经元免受缺血性损伤而开发的纳米光合作用疗法（NPT）（图1）。
图1.基于上转化纳米颗粒的纳米光合作用疗法
在这篇文章中作者首先全面表征了S.elongatus的生物相容性，产氧能力和神经保护作用。S.elongatus具有典型的细长形貌，平均长度为3.9μm，在nm激发下发出红色荧光。微囊藻毒素，一种通常由蓝细菌产生的毒素。在明亮或黑暗条件下，在浓度低于1×/μL的S.elongatus培养基中均未检出微囊藻毒素。这表明S.elongatus与哺乳动物细胞CYTO-兼容性。随后作者发现黑暗中小鼠N2a细胞和S.elongatus共培育后细胞活性明显小于明亮条件下的共培育细胞活性。这表明，在光下S.elongatus保护神经元细胞免受缺氧诱导的死亡。
图2.S.elongatus和上转化纳米颗粒保护神经元细胞免受缺氧-葡萄糖剥夺诱导的损伤
能够将NIR转换为可见光的上转换纳米颗粒已越来越受到生物医学应用的
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