在国家自然科学基金项目（批准号：21925402、21631005、51802125）等资助下，江南大学匡华教授团队与美国密歇根大学、新加坡国立大学学者们合作，利用精准构筑的手性组装结构，通过圆偏振光产生的光学力矩，调控了神经干细胞向神经元的定向分化。研究成果以“圆偏振光介导手性探针刺激神经细胞的分化（Stimulation of neural stem cell differentiation by circularly polarized light transduced by chiral nanoassemblies）”为题，于2020年10月26日在《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-020-00634-4。
神经元是神经系统结构和功能的基本单位，承担着信息接受、传导、整合和输出等功能，调节和控制人体的生命活动。由于神经元分化程度较高，一旦受损，难以修复，常常导致大脑永久损伤，从而产生记忆和认知障碍，如阿尔兹海默症、帕金森症等神经退行性疾病。有效修复神经元损伤，恢复大脑功能，是治疗神经退行性疾病的基础。
该团队巧妙设计了具有“变构”效应的双核手性纳米组装结构(图1)，随着干细胞的分化，该手性探针在细胞内产生构象转换，其圆二色光谱（CD）信号反转。利用圆偏振光(532nm,50 Hz)诱导神经干细胞的分化，70%的干细胞5天内可分化为神经元细胞。通过钙离子成像、阿尔兹海默症模型小鼠等活体水平测试，进一步验证了分化后的神经元具有良好的生物活性，能够在小鼠脑部定植，逆转因脑部神经元损伤而导致的认知障碍。
该团队系统研究了圆偏振光促进神经干细胞定向分化的机制，发现手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1有亲和作用，偏振光致手性探针产生的光学力矩高达10 nN，该光学力矩产生的机械力与细胞骨架的相互作用刺激干细胞的分化，激活了干细胞内神经元特定基因的高表达，加速了神经元细胞的分化成熟。手性探针的光响应增强了神经干细胞的分化和成熟，为蛋白构象类疾病的诊断和治疗提供了新策略。
手性探针的冷冻电镜表征及其在细胞内圆二色光谱响应（上）
手性探针与细胞骨架蛋白α-actinin-1的亲和（中）
阿尔兹海默症小鼠脑中新的神经元生成（下）
图1 “变构”手性纳米探针光响应及其生物效应