目前,在糖尿病治疗运用中,传统光遗传学存在诱发低血糖的内在风险和可见光组织穿透性差的缺陷等。基于上转换材料的细胞光遗传学技术,是将具有更强组织穿透能力的近红外光与掺杂镧系金属元素的上转换纳米颗粒(upconversion nanoparticles,UCNPs)结合的新兴技术。基于此,本论文研究以光控腺苷酸环化酶(Beggiatoa-photoactivated a购买PF-6463922denylyl cyclase,b PAC)这一蛋白元件和UCNPs(成分结构Na YF_4:Yb,Tm@Na Nd,Yb F_4@Na Gd F_4,吸收波长808nm,发射波段440-490nm)为研究对象,利用基于上转换材料的细胞光遗传学技术调控胰岛beta细胞胰岛素的分泌,并进一步实现对糖尿病裸鼠血糖的调控。本论文研究的主要内容与成果总结如下:(1)构建慢病毒载体,建立稳定表达m Cherry-b PAC质粒的大鼠RIN-m5F胰岛beta细胞株;在细胞体外实验中,利用稳定表达m Cherry-CRY2clust的COS-7细胞说明了基于上转换材料的更多细胞光遗传学系统调控光敏蛋白的可行性;利用不同的葡萄糖浓度刺激RIN-m5F细胞确定50 m M葡萄糖浓度作为后续体外细胞实验的高糖工作浓度;利用囊泡标记质粒VAMP2-p Hluorin转染和酶联免疫吸附测定方法说明了传统光遗传学和基于上转换材料Medical Symptom Validity Test (MSVT)的细胞光遗传学调控RIN-m5F细胞分泌胰岛素的作用。(2)在动物在体实验中,通过在裸鼠皮下种植稳定表达m Cherry-b PAC质粒的大鼠RIN-m5F胰岛beta细胞和注射链脲佐菌素溶液,构建了正常对照组、糖尿病模型组和RIN-m5F细胞荷瘤糖尿病组三组裸鼠实验动物模型,利用小动物活体成像仪及造模前后多个参数对比证实裸鼠皮下RIN-m5F细胞移植瘤和糖尿病动物模型的成功构建。(3)通过对正常对照组、糖尿病模型组、RIN-m5F细胞荷瘤糖尿病组及蓝光照射RIN-m5F细胞荷瘤糖尿病组四组裸鼠口服葡萄糖耐量试验数据对比,表明LED蓝光灯带条发出的蓝光可以穿透裸鼠表皮激发光控腺苷酸环化酶b PAC,促进皮下RIN-m5F胰岛beta细胞移植瘤分泌胰岛素,使其糖耐量表现与正常对照组无显著性差异;将基于上转换材料的细胞光遗传学代替传统光遗传学直接的蓝光刺激,在注射UCNPs的基础上,40 min的NIR照射使RIN-m5F细胞荷瘤糖尿病裸鼠血糖值由15-20 mmol/L范围内波动降低至3.7 mmol/L。总之,本论文的研究工作在细胞和动物水平上充分说明了基于上转换材料的细胞光遗传学技术在细胞胰岛素分泌和动物血糖调控等方面的应用。本研究工作展示了将上转换材料与细胞光遗传学技术相结合的先进性,同时也为未来糖尿病疾病的治疗提供了新的思路和方案。