经穴效应细胞分子机理光学表征

Acupoint-meridian effect is a key for acupuncture meridian and basic research based on Chinese medicine theory. However, it has not been studied extensively at cellular and molecular levels so far. The modernization of traditional Chinese medicine has to resort strongly to some new advanced techniques for exploring the cell molecular mechanism of acupoint meridian effects. This project will be trying to acquire the relationship between macroscopic phenomenon and its microscopic material basis through the study of acupoint-meridian effect in vivo using advanced photonic methods and techniques noninvasively. Optical expression of the cell molecular mechanism of acupoint-meridian effect will be explored via multimodal and high spatiotemporal optics, spectroscopy and imaging techniques combined with modern cell and molecular biology techniques. This study will be focusing on three key scientific problems, i.e. the optical characterization of information and/or material transfer related to acupoint-meridian effect, the optical label and signal conduct of protein receptors involved in acupoint-meridian effect, and the optical cognition of acupoint-meridian effect feature and its integration expression across from cellular and molecular levels to the organism. The main goals will be achieved as follows: Firstly,an optical detection platform for acupoint-meridian effect will be constructed, which could be used to acquire the optical information of acupoint-meridian effect in real time. Secondly, new fluorescence probes for protein receptors will be developed. Thirdly, the signal conduct related to acupoint-meridian effect and acupuncture analgesia effect will be visualized and cognized via optical techniques. The above results will shed light on the function mechanism of acupoint-meridian effect.

中医学理论认为经穴效应是针灸经络学和中医基础研究的核心，至今尚未从微观层次上对其进行客观且明晰的诠释。针灸经络理论的现代化研究呈现了对采用高新技术探索经穴细胞分子作用机理的强烈需求。本项目拟凭借先进的光子学方法与技术，在经穴效应研究中实现无损伤在体、动态检测，获取宏观现象与微观物质基础间的关联性；利用多模式、高时空分辨的光学、光谱和成像方法结合现代细胞分子生物学技术，研究经穴效应细胞分子机理的光学表达。通过对经穴效应中信息和物质传递的光学表征、经穴效应蛋白的光学标记与信号传导以及经穴效应特异性和跨尺度信息整合途径及其规律的光学认知等三个关键科学问题的研究，预期可实现如下目标：构建经穴效应光学检测平台并获取表达经穴效应的光学信息；发展蛋白受体分子探针新方法，表达经穴效应信号传递；开拓针灸效应的可视化光学表达与认知。成果将有助于揭示经穴效应的作用机制。

经穴效应特异性是针灸经络学和中医基础研究的核心，以针灸干预作为治疗或辅助治疗手段和方法已在世界160多个国家得到广泛应用，但至今为止，我们尚无法从细胞层次上诠释有关经穴效应的物质基础及其作用机理。中医学基础研究落后于现代临床需求的现状是当前中医现代化发展面临的困境，此难题的解决也对其他学科和日新月异的新科学技术充满期待。本项目正是在这样的大背景下，拟利用先进的生物医学光子学方法和成像技术，在细胞、小动物模型以及志愿者身上等不同层次和跨度上探索经穴效应的光学表达，以期获得有机体经穴效宏观表现与特定细胞分子水平微观机制的关联性。本项目现已在Nanoscale，Sci.Rep.和J. Biomed. Opt.等国际重要SCI学术期刊发表59篇(JCR一区和二区23篇)，国际学术会议论文37篇，获得了授权发明专利12项，参加国际会议20多人次，培养研究生32名。主要研究内容和取得进展包括：(1) 构建了活细胞生物医学信息微纳光学获取新技术，研究了DRG神经元中钙离子对腺苷刺激的动态响应，探究针灸镇痛效应分子腺苷与细胞中钙离子响应的关联性；(2) 提出了细胞质膜异质结构动态自组装模型，定量分析了质膜脂质分子扩散行为特征，揭示了脂分子扩散、构象变化与质膜液相序关联以及细胞质膜对外界刺激的应答过程；(3) 发展了系列可调控新型荧光分子探针和细胞DNA构象变化内源性非荧光标记。前者在神经元细胞信号传递的荧光分子成像具有重要应用，后者可利用非荧光标记二次谐波光学成像实时监测细胞DNA构象变化与细胞特定功能关联性；(4) 获得了激光针灸诱导穴位区域体表NO动态响应的光学相干层析特征图像和漫反射特征光谱，以及针灸诱导真皮层胶原纤维和胶原蛋白的拉曼特征光谱，实验佐证了针灸效应的生物学物质基础。.上述研究进展和成果，有助于在细胞分子水平上深入研究腺苷分子在特定经穴效应中扮演的角色，为针灸效应光学可视化表达与认知提供可能，拓展现代科学技术与中医学的交叉融合，有力促进中医学现代化研究进程。