Light-guiding hydrogels for cell-based sensing and optogenetic synthesis in vivo.
Light-guiding hydrogels for cell-based sensing and optogenetic synthesis in vivo.
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DOI：
10.1038/nphoton.2013.278
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发表时间：
2013
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35
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文献类型：
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高分子水凝胶作为细胞支架广泛应用于生物医学领域。虽然水凝胶的生物化学和生物物理性质已被广泛研究，但其潜在的光子功能却很少受到关注。在这里，我们报告了用于体内光学传感和治疗应用的细胞集成聚乙二醇基水凝胶。将含有细胞的水凝胶贴片植入清醒、自由移动的小鼠体内数天，结果显示其具有长期的透明度、生物相容性、细胞活力和光导特性（损失<1 dB/cm）。利用光致胰高血糖素样肽-1 （GLP-1）分泌细胞，我们在2型糖尿病小鼠模型中使用水凝胶进行了光控治疗，并获得了改善的葡萄糖稳态。此外，包封热休克蛋白偶联荧光报告细胞的实时光学读数使得测量镉基裸量子点和壳量子点（CdTe; CdSe/ZnS）在体内的纳米毒性成为可能。
Polymer hydrogels are widely used as cell scaffolds for biomedical applications. While the biochemical and biophysical properties of hydrogels have been extensively investigated, little attention has been paid to their potential photonic functionalities. Here, we report cell-integrated polyethylene glycol-based hydrogels for in-vivo optical sensing and therapy applications. Hydrogel patches containing cells were implanted in awake, freely moving mice for several days and shown to offer long-term transparency, biocompatibility, cell-viability, and light-guiding properties (loss: <1 dB/cm). Using optogenetic, glucagon-like peptide-1 (GLP-1) secreting cells, we conducted light-controlled therapy using the hydrogel in a mouse model with type-2 diabetes and attained improved glucose homeostasis. Furthermore, real-time optical readout of encapsulated heat-shock-protein-coupled fluorescent reporter cells made it possible to measure the nanotoxicity of cadmium-based bare and shelled quantum dots (CdTe; CdSe/ZnS) in vivo.
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