[发明专利]一种基于上转化发光技术的心脏节律与功能的光控制系统

权利要求书

1.一种基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，该系统包括表达于心脏的光敏蛋白表达系统、光学控制系统、与心脏相连的心脏功能监测系统、中央控制系统；所述光敏蛋白表达系统，包括光敏蛋白、载体、启动子及示踪荧光蛋白；所述光学控制系统包括上转换发光材料混合高分子材料形成的膜形结构和埋植于皮下或置于体外与心脏接近的光输出装置；所述心脏功能监测系统是监测心电变化、心脏节律和心脏收缩功能的装置，将监测到的心电信号反馈至中央控制系统；所述中央控制系统其输入与心脏功能监测系统相连，输出与光学控制系统中的光输出装置相连，根据监测信息生成输出控制程序，启动光输出装置调节相应光学参数，发出近红外光即NIR直接或间接投射至上转换发光材料混合高分子材料形成的膜形结构，转换出相应波长的光波，作用于光敏蛋白表达系统靶向的心脏。

2.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，所述光敏蛋白包括光敏阳离子通道、光敏阴离子通道、光敏氯离子泵、光敏氢离子泵、光敏代谢型受体、光敏腺苷酸环化酶、生成活性氧ROS的光敏蛋白任意一种。

3.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，所述光敏蛋白为权利要求2所述光敏蛋白的突变体。

4.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，所述载体包括病毒载体或非病毒载体，所用病毒载体包括腺病毒和腺相关病毒；其中腺相关病毒包括AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8、AAV9多个血清型；所用非病毒载体包括脂质体复合物、阳离子多聚物、壳聚糖聚合物、无机纳米粒子。

5.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，所述启动子包括特异性启动子和广谱启动子，所选用组织特异性启动子包含心肌特异性启动子αMHC、cTNT、CK1.3、CK0.4及其他心肌特异性启动子；选用广谱启动子，包括CAG、CMV、PGK1、EF1A、SV40、UBC、EFFS、c-FOS及其他广谱启动子；启动子还包括相应启动子的表达上调元件。

6.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，光敏蛋白表达系统的靶向心脏的实施模式，即以心脏为靶器官，通过注射等方式利用构建好的光敏蛋白表达系统实现光敏蛋白的表达；所述心脏靶器官包括细胞和亚细胞类型含心室肌细胞、心房肌细胞、窦房结细胞、房室结细胞、成纤维细胞、浦肯野纤维、神经纤维末梢；所述注射方式包括静脉注射、心肌局部注射、冠脉介入注射及其他方式。

7.根据权利要求1所述的基于上转换发光技术进行心脏节律与功能的光控制系统，其特征在于，所述上转换发光材料混合高分子材料形成的膜形结构为上转换发光材料混合高分子材料通过3D打印、手工旋涂、丝网印刷法、浸涂法、喷墨打印法及喷雾热解法等方式形成可降解或不可降解的膜形结构；所述上转换发光材料包括主体材料NaYF₄、NaGdF₄，敏化剂Yb，激活剂Er、Tm、Ho，主体材料、敏化剂、激活剂任意百分比组合；所述上转换发光材料的结构包括上转换纳米颗粒UCNPs、上转换荧光粉UCLPs、上转换荧光微粒、上转换荧光粉末；所述高分子材料，包括非生物降解的材料，聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、硅胶、橡胶、聚氨酯、聚醚醚酮等；可降解生物材料，胶原、脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚乳酸、聚己内酯、聚磷腈、丝素蛋白。