光敏离子透过性分子制造技术

本发明专利技术提供多核苷酸和用于在动物细胞中表达光激活蛋白以及通过光刺激改变所述细胞的动作电位的方法。本发明专利技术还提供动物细胞和包含表达所述光激活蛋白的细胞的非人动物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光敏离子透过性分子相关专利文献本专利文件根据美国法典第35篇第119条(e)款要求2010年3月17日提交的标题为 “Light-Sensitive Ion-Passing Molecules” 的美国临时专利申请第 61/314, 969号的权益，此专利文献和基础临时申请中提交的附录均以引用的方式全部并入本文。总览和概述本公开的各个方面整体涉及用于刺激靶细胞的系统和方法，并且更具体地涉及使用光学装置刺激靶细胞。对身体各种细胞的刺激已被用于产生多种有益效果。一种刺激方法涉及使用电极将外部产生的信号引入细胞。基于电极的脑刺激技术面临的一个问题是负责既定精神过程的神经元的分布性质。相反地，不同类型的神经元彼此靠近驻留，使得在进行特定任务时只有在脑部给定区域中的某些细胞被激活。换句话说，不仅异种神经束通过 紧密的空间范围平行移动，而且细胞体本身也可以混合、稀疏嵌入的构型存在。这种分配的处理方式似乎违背了要理解CNS内规范顺序的最大努力，并且使神经调节难以实现治疗目的。脑的这种构造为基于电极的刺激带来一个问题，因为电极在其所刺激的神经元的基本生理学方面是相对没有选择性的。相反，电极杆与神经元的物理接近度往往是哪些神经元将被刺激的唯一的最具有决定性的因素。因此，使用电极对单一种类的神经元进行绝对限制性的刺激通常是不可行的。使用电极进行刺激的另一个问题是因为电极布置决定哪些神经元将被刺激，并且机械稳定性经常不足，所以导致电极导线从目标区域迁移。此外，在体内一段时间以后，电极导线经常被胶质细胞包裹，使电极的有效电阻升高，进而使达到靶细胞所需的电功率输送增力卩。然而，对电压、频率或脉冲宽度的补偿性增加可使电流扩散并且增加对其它细胞的不希望的刺激。另一种刺激方法使用光敏生物分子结构来刺激响应于光的靶细胞。例如，可以使用光激活蛋白控制通过细胞膜的离子流动。通过促进或抑制通过细胞膜的正离子或负离子的流动，可以使细胞暂时去极化、去极化并保持该状态或超极化。神经元是一类使用由去极化产生的电流来产生通信信号(即神经脉冲)的细胞的实例。其它电激发细胞包括骨骼肌、心肌和内分泌细胞。神经元使用迅速去极化以在全身传输信号并且用于达到各种目的，如运动控制(例如肌肉收缩)、感觉响应(例如触觉、听觉和其它感觉)和计算功能(例如脑功能)。因此，细胞去极化的控制可有益于多种不同的目的，包括(但不限于)心理疗法、肌肉控制和感觉功能。本专利技术的各个方面针对能够抑制神经活动的蓝光感应视蛋白。所述视蛋白来自隐芽植物蓝隐藻(G. theta)。所研究的视蛋白是从蓝隐藻中分离的第三视蛋白，简写为GtR3。当用光照射时，GtR3能够调节超极化电流。对GtR3的作用光谱的表征显示最大吸收是约490nm,并且GtR3不被黄光激活。本专利技术的各个方面涉及能够激发神经活动的蓝光感应光敏感通道。所述光敏感通道来源于杜氏盐藻(Dunaliella salina)。所研究的光敏感通道简写为DChR。DChR可以在哺乳动物神经元中异源表达并且当用蓝光照射时可以调节强的去极化电流。DChR的作用最大值是约500nm。按照本公开的实施方案，通过工程化来源于蓝隐藻的蛋白产生抑制电流流动，所述蛋白通过产生抑制电流来阻止神经元的去极化而对光响应。将所述蛋白递送给目标神经兀并且暴露在光下。按照本公开的另一个实施方案，对表达GtR3质子泵的细胞进行光刺激的方法包括对所述细胞提供一系列刺激，各刺激使得在所述细胞中发生去极化事件的可能性增加。对所述细胞提供光以激活GtR3质子泵的表达，从而降低在所述细胞中发生去极化事件的可能性。在某些特定实施方案中，提供的光在蓝光光谱中。按照本公开的另一个实施方案，公开了用于体内控制神经元或其它细胞的动作电位的系统。所述系统包括向所述神经元或细胞引入响应于蓝光的蛋白的递送装置。响应于蓝光的蛋白对蓝光响应而产生抑制电流。所述系统包括产生用于刺激蓝光响应蛋白的光的蓝光源和控制光源产生光的控制装置。 按照本公开的另一个实施方案，公开了提供用于哺乳动物表达的光响应蛋白的方法。光响应蛋白从蓝隐藻中分离。所述分离的蛋白具有C末端和N末端。向所述分离的蛋白的C末端添加内质网(ER)输出信号以产生增强的光响应蛋白。将所述增强的蛋白放入空病毒载体中以向目标细胞递送。随后将携带所述增强的蛋白的病毒载体递送给目标细胞。按照本公开的实施方案，提供一种动物细胞。所述动物细胞包括响应蓝光表达质子泵的整合的外源分子。所述外源分子来源于蓝隐藻。在某些实施方案中，所述动物细胞是神经细胞。所述动物细胞还可以是例如肌细胞或细胞系。本公开的以上论述并不旨在描述本专利技术的每种说明的实施方案或每种实施方式。下文的附图和详细描述更具体地举例阐述这些实施方案。附图简述结合以下附图来考察随后本专利技术的各种实施方案的详细描述，可以更透彻地理解本专利技术图IA展示细胞器膜中的离子泵；图IB展示细胞膜中的离子泵；图2A展示表达光响应蛋白组合的细胞群体；图2B展示用于某些实施方案的刺激模式，其中将两种或两种以上光响应蛋白引入相同的细胞群体；图3展示根据本专利技术的示例实施方案的用于刺激靶细胞的系统的框图；图4展示根据本专利技术的示例实施方案的用于刺激靶细胞的植入装置的框图；图5展示根据本专利技术的示例实施方案的植入装置的框图；图6A展示根据本专利技术的示例实施方案的植入装置的框图；图6B展示根据本专利技术的示例实施方案的对应于图6A的框图的电路图；图7A和图7B展示根据本专利技术的示例实施方案的用于容纳光敏生物分子的筛孔的图形；图8A和图8B展示根据本专利技术的示例实施方案的病毒基质的图形；图9展示根据本专利技术的示例实施方案的响应于磁场产生光的电路的电路图；附图说明图10A、10B和IOC展示根据本专利技术的示例实施方案的用于产生响应于RF信号的光的框图和电路；图IIA和图IlB各自展示根据本专利技术的示例实施方案的光纤装置的图形；图12A、12B、12C和12D描绘根据本专利技术的示例实施方案的在产生光敏生物部分中的各个阶段；以及图13展示根据本专利技术的示例实施方案的植入装置；图14A和图14B展示根据本专利技术的示例实施方案的另一个植入装置的图形；图15描绘根据本专利技术的示例实施方案的具有多个光源的装置；图16展示根据本专利技术的示例实施方案的用于体内控制一种或多种细胞电性质的系统； 图17展示根据本专利技术的示例实施方案的用于体内控制一种或多种细胞电性质的系统；图18A展示根据本专利技术的示例实施方案的用于光学药物筛选的系统的框图；图18B展示根据本专利技术的示例实施方案的用于根据本专利技术方法筛选药物的大型、准自动化系统的特定系统图；图19展示根据本专利技术的示例实施方案的根据本专利技术方法操作的小型、全自动化药物筛选系统的系统图；图20A描绘根据本专利技术的示例实施方案的发射器/检测器单元的实例的运行；图20B描绘根据本专利技术的示例实施方案的发射器/检测器单元的另一个实施方案的运行；图21A和21B描绘根据本专利技术的示例实施方案的用于激活在发射器/检测器单元内使用的LED发射器的电子电路机构；图22展示根据本专利技术的示例实施方案的示例筛选过程的环境中的一系列事件的时间线；图23示出根据本专利技术的示例实施方案的在孔板的孔内的细胞和药物样品的布局的实例；以及图24示出根据本专利技术的示例实施方案的可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.17 US 61/314,9691.一种动物细胞，所述动物细胞包含在细胞膜上表达的光激活蛋白，其中所述蛋白对蓝光响应并且来源于蓝隐藻，其中当用光照射所述细胞时所述蛋白能够调节所述细胞中的超极化电流。2.根据权利要求I所述的动物细胞，其中所述蛋白包含与SEQID NO :1中所示序列至少95 %相同的核心氨基酸序列。3.根据权利要求2所述的动物细胞，其中所述蛋白包含所述核心氨基酸序列和在所述核心氨基酸序列的C末端的内质网(ER)输出信号。4.根据权利要求3所述的动物细胞，其中所述核心氨基酸序列通过接头与所述ER输出信号连接。5.根据权利要求3所述的动物细胞，其中所述ER输出信号包含氨基酸序列FCEYENEV。6.根据权利要求3所述的动物细胞，其中所述蛋白包含SEQID NO :5中所示氨基酸序列。7.根据权利要求I所述的动物细胞，其中所述动物细胞是神经细胞、肌细胞或干细胞。8.根据权利要求I所述的动物细胞，其进一步包含在所述细胞膜上表达的第二光激活蛋白。9.根据权利要求8所述的动物细胞，其中所述第二光激活蛋白是当用光照射所述细胞时能够调节所述细胞中的去极化电流的蛋白。10.根据权利要求9所述的动物细胞，其中所述第二光激活蛋白选自由VChRl、DChR,SFO和ChR2组成的组。11.一种细胞群体,所述细胞群体包含根据权利要求1-10中任一项所述的细胞。12.—种分离的多核苷酸,所述多核苷酸包含编码含有与SEQ ID NO :1中所不序列至少95 %相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。13.一种表达载体，所述表达载体包含编码含有与SEQ ID NO :1中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。14.根据权利要求13所述的表达载体，其中所述表达载体是病毒载体。15.根据权利要求14所述的表达载体，其中所述病毒载体是AAV载体、逆转录病毒载体、腺病毒载体、HSV载体或慢病毒载体。16.一种使用根据权利要求1-7中任一项所述的细胞的方法，所述方法包括用光激活所述光激活蛋白。17.一种使用根据权利要求8-10中任一项所述的细胞的方法，所述方法包括将所述光激活蛋白在其各自的波长激活。18.一种非人动物，所述非人动物包含根据权利要求1-10中任一项所述的细胞。19.一种动物细胞,所述动物细胞包含在所述细胞膜上表达的光激活蛋白，其中所述蛋白对蓝光响应并且来源于杜氏盐藻，其中当用光照射所述细胞时所述蛋白能够调节所述细胞中的去极化电流。20.根据权利要求19所述的动物细胞，其中所述蛋白包含与SEQID NO :2的残基25-365中所不序列至少95%相同的核心氨基酸序列。21.根据权利要求20所述的动物细胞，其中所述蛋白包含所述核心氨基酸序列和在所述核心氨基酸序列的C末端的内质网(ER)输出信号。22.根据权利要求21所述的动物细胞，其中所述核心氨基酸序列通过接头与所述ER输出信号连接。23.根据权利要求22所述的动物细胞，其中所述ER输出信号包含氨基酸序列FCEYENEVο24.根据权利要求19所述的动物细胞,其中所述动物细胞是神经细胞、肌细胞或干细胞。25.根据权利要求19所述的动物细胞，其进一步包含在所述细胞膜上表达的第二光激活蛋白。26.根据权利要求25所述的动物细胞，其中所述第二光激活蛋白是当用光照射所述细胞时能够调节所述细胞中的超极化电流的蛋白。27.根据权利要求25所述的动物细胞，其中所述第二光激活蛋白选自由NpHR、BR、AR和GtR3组成的组。28.—种细胞群体，所述细胞群体包含根据权利要求19-27中任一项所述的细胞。29.—种分离的多核苷酸，所述多核苷酸包含编码含有与SEQ ID NO :2的残基25-365中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。30.一种表达载体，所述表达载体包含编码含有与SEQ ID NO :2的残基25-365中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列的光激活蛋白的核苷酸序列。31.根据权利要求29所述的表达载体，其中所述表达载体是病毒载体。32.根据权利要求30所述的表达载体，其中所述病毒载体是AAV载体、逆转录病毒载体、腺病毒载体、HSV载体或慢病毒载体。33.一种使用根据权利要求19-24中任一项所述的细胞的方法，所述方法包括用光激活所述光激活蛋白。34.一种使用根据权利要求24-27中任一项所述的细胞的方法，所述方法包括将所述光激活蛋白在其各自的波长激活。35.一种非人动物，所述非人动物包含根据权利要求19-27中任一项所述的细胞。36.一种动物细胞，所述动物细胞包含在所述细胞膜上表达的光激活蛋白，其中所述蛋白包含与SEQ ID NO :3中所示序列至少95%相同的核心氨基酸序列、ER输出信号和膜运输信号。37.根据权利要求36所述的动物细胞，其中所述光激活蛋白从所述N末端至所述C末端包含所述核心氨基酸序列、所述ER输出信号和所述膜运输信号。38.根据权利要求36所述的动物细胞，其中所述光激活蛋白从所述N末端至所述C末端包含所述核心氨基酸序列、所述膜运输信号和所述ER输出信号。39.根据权利要求36所述的动物细胞，其中所述ER输出信号包含氨基酸序列FCEYENEVο40.根据权利要求36所述的动物细胞，其中所述膜运输信号包含氨基酸序列KSRITSEGEYIPLDQIDINV。41.根据权利要求36所述的动物细胞,其中所述动物细胞是神经细胞、肌细胞或干细胞。42.根据权利要求36所述的动物细胞，其进一步包含在所述细胞膜上表达的第二光激活蛋白。43.根据权利要求42所述的动物细胞，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·戴塞鲁斯，张峰，V·格拉蒂纳鲁，
申请(专利权)人：小利兰·斯坦福大学托管委员会，
类型：
国别省市：