Three-photon infrared stimulation of endogenous neuroreceptors in vivo
Sortino, Rosalba (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Cunquero, Marina (Institut de Ciències Fotòniques)
Castro-Olvera, Gustavo (Institut de Ciències Fotòniques)
Gelabert Peiri, Ricard (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Moreno Ferrer, Miquel (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Riefolo, Fabio (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Matera, Carlo (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)
Fernàndez-Castillo, Noèlia (Universitat de Barcelona. Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística)
Agnetta, Luca (Ludwig Maximilian University of Würzburg. Institute of Pharmacy and Food Chemistry)
Decker, Michael (Ludwig Maximilian University of Würzburg. Institute of Pharmacy and Food Chemistry)
Lluch López, Josep Maria (Universitat Autònoma de Barcelona. Institut de Biotecnologia i de Biomedicina "Vicent Villar Palasí")
Hernando Campos, Jordi (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química)
Loza-Alvarez, Pablo (Institut de Ciències Fotòniques)
Gorostiza, Pau (Institut de Bioenginyeria de Catalunya)

Date:	2023
Description:	9 pàg.
Abstract:	To interrogate neural circuits and crack their codes, in vivo brain activity imaging must be combined with spatiotemporally precise stimulation in three dimensions using genetic or pharmacological specificity. This challenge requires deep penetration and focusing as provided by infrared light and multiphoton excitation, and has promoted two-photon photopharmacology and optogenetics. However, three-photon brain stimulation in vivo remains to be demonstrated. We report the regulation of neuronal activity in zebrafish larvae by three-photon excitation of a photoswitchable muscarinic agonist at 50 pM, a billion-fold lower concentration than used for uncaging, and with mid-infrared light of 1560 nm, the longest reported photoswitch wavelength. Robust, physiologically relevant photoresponses allow modulating brain activity in wild-type animals with spatiotemporal and pharmacological precision. Computational calculations predict that azobenzene-based ligands have high three-photon absorption cross-section and can be used directly with pulsed infrared light. The expansion of three-photon pharmacology will deeply impact basic neurobiology and neuromodulation phototherapies.
Grants:	European Commission 945539 European Commission 871277 European Commission 871124 Agencia Estatal de Investigación PID2022-142609OB-I00 Agencia Estatal de Investigación PID2020-113764GB-I00 Agencia Estatal de Investigación PID2019-111493RB-I00 Ministerio de Economía y Competitividad CEX2019-000910-S Agencia Estatal de Investigación PRE2020-095721 Agencia Estatal de Investigación BES-2017-082496 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-00064 Agència de Gestió d'Ajuts Universitaris i de Recerca 2021/SGR-01410 "la Caixa" Foundation LCF/PR/HR19/52160010
Rights:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original.
Language:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió publicada
Published in:	Angewandte Chemie (International ed. Internet), Vol. 62, Issue 51 (December 2023) , e202311181, ISSN 1521-3773

DOI: 10.1002/anie.202311181
PMID: 37823736

9 p, 1.7 MB

The record appears in these collections:
Research literature > UAB research groups literature > Research Centres and Groups (research output) > Health sciences and biosciences > Institut de Biotecnologia i de Biomedicina (IBB)
Articles > Research articles
Articles > Published articles