近日，暨南大學基礎醫學與公共衛生學院副教授郭景慧團隊與暨南大學納米光子研究院及香港理工大學生物醫學工程系合作，在利用光子納米噴流（Photonic Nanojet, PNJ）改善光遺傳技術研究中取得重要進展。相關研究發表于《先進科學》。
PNJ是一種可由介質微球產生的高度聚焦光束。在該項研究工作中，研究人員將聚苯乙烯微球作為光學微透鏡，產生PNJ效應，有效降低了光遺傳的輸入光功率并抑制了對非靶向神經元的非特異性作用，從而提高了光遺傳對目標神經元的調控精度。
光遺傳學已被廣泛認為是過去十年中最強大的神經調節工具，為神經科學研究提供了重要推動力。光遺傳技術主要通過將光敏感通道蛋白表達在特異神經元上，使光信號能夠開放該離子通道，從而達到其對神經元活動的調控。光信號通過持續時間為毫秒級的刺激方式產生興奮或者抑制作用，這使得光遺傳調控技術具有較高的時空分辨率。
然而，目前的光遺傳技術仍然存在一個重要問題，即高功率的光刺激對非目標細胞（即未表達光敏感蛋白的細胞）亦會有抑制作用（例如光熱效應）。這個問題給利用光遺傳技術探索特定神經元的功能造成了困難，原因在于光遺傳技術所誘導的現象可能混雜了光對非目標神經元的抑制作用。因此，一種能夠在低光功率密度下對神經元產生有效刺激的策略對于提高光遺傳神經調控的準確性具有重要意義。
研究人員利用聚苯乙烯（PS）微球作為微透鏡來產生PNJ效應，匯聚入射光并大幅提高鄰近神經元的光功率密度。體外結果表明，與沒有PS微球的細胞相比，PNJ效應將靶細胞的內向電流提高了近132%，并顯著降低了引發動作電位所需的光功率密度閾值。PNJ介導的光遺傳學刺激還能夠以較低的功率密度喚起小鼠的運動行為。
該研究在較低的光功率密度下實現了有效的光遺傳學刺激，降低了光遺傳的脫靶效應，大大提高了光遺傳的空間分辨率，有望在基于光遺傳技術的特定神經元探索方面得到應用。