光遺傳學為以高時空精度控制神經系統的靶細胞和通路開辟了前所未有的可能性。剖析和操縱健康和疾病中大腦功能的潛在機制的能力引發了無數系統的發展，以向周圍神經和大腦中的神經提供光刺激。脊髓對于控制運動和許多基本生理功能至關重要。因此，解開嵌入脊髓中的神經元和通路的作用是基礎和臨床神經科學的一項重大努力。用腦相比，脊髓結合的一系列需要新的光傳輸技術獨特的挑戰。光電系統可以對不受束縛的動物的整個大腦中的目標神經元和通路進行精確控制，但用于脊髓的類似技術尚未完全建立。鑒于此，洛桑聯邦理工學院Grégoire Courtine、Stéphanie P. Lacour等人描述了一種超快、無線、閉環操作系統，用于在不受束縛的小鼠中對整個背腹脊髓的靶神經元和通路進行操作。成果發表在Nature Biotechnology上。
研究人員開發了一種柔軟的可拉伸載體，集成了微型發光二極管 (micro-LED)，使其順從脊髓的硬腦膜。Micro-LED 上的有機硅-磷光體矩陣涂層可提供機械保護和光轉換，以與大量的視蛋白庫兼容。
輕巧的頭戴式無線平臺為微型 LED 供電，并對感測到的生理信號執行低延遲的片上處理，以在閉環中控制光刺激。并且研究人員使用該設備來揭示各種神經元亞型、感覺通路和脊髓上投射在控制健康和脊髓損傷小鼠運動中的作用。綜上所述，本文解決了長期光電系統概念背后的挑戰，該系統能夠在不受束縛、不受限制和生態條件下對整個小鼠脊髓中的任何目標神經元或通路進行安全、長期、閉環的光刺激。還建立了小鼠模型脊髓光遺傳學指南，使硬膜外植入物符合脊髓靜力學和動力學，優化 LED 定位并避免改變神經元反應的組織加熱。臨床試驗已經開始評估視蛋白在治療患者神經功能缺損方面的安全使用。由于脊髓是基于光遺傳學療法的主要目標，因此臨床光遺傳學將引發對能夠照亮脊髓的醫療設備的興趣激增。在這方面，該無線光電系統遵循醫療器械生態設計的關鍵原則，從而為開發人類脊髓系統開辟了道路。Kathe,C., Michoud, F., Sch?nle, P. et al. Wireless closed-loop optogenetics acrossthe entire dorsoventral spinal cord in mice. Nat Biotechnol (2021).https://doi.org/10.1038/s41587-021-01019-x
