新型光声探针可实现深部脑组织成像 并有可能报告神经元活动

为了更好地了解大脑，我们需要新的方法来观察大脑的活动。这是欧洲分子生物学实验室 (EMBL) 的两个研究小组牵头的分子工程项目的核心，该项目已经开发出一种用于神经科学应用的光声探针的新方法。该研究结果发表在《美国化学学会杂志》上。

“光声学提供了一种捕捉整个小鼠大脑图像的方法，但我们只是缺少合适的探针来可视化神经元的活动，”EMBL 小组负责人、本文的资深作者 Robert Prevedel 说道。为了克服这一技术挑战，他与另一位 EMBL 小组负责人、本文的资深作者 Claire Deo 合作。她和她的团队专攻化学工程。

“我们已经能够证明，我们实际上可以用足够明亮的探针标记特定大脑区域的神经元，以便通过我们定制的光声显微镜检测到，”Prevedel 说。

通过追踪某些化学物质(如离子或生物分子)，科学家可以了解更多有关生物过程的信息。光声探针可以充当难以检测的化学物质的“报告者”，通过特异性地结合这些化学物质。然后，这些探针在受到激光激发时可以吸收光，并发出可以通过专门的成像设备检测到的声波。

然而，对于神经科学应用，研究人员迄今还无法设计出能够针对光声现象可视化大脑功能的靶向报告基因。

虽然研究人员已经尝试使用合成染料作为神经元活动的光声报告器，但控制染料的去向和标记物一直是一个难题。蛋白质作为标记特定分子的探针特别有用，但尚未产生有效的光声探针来监测整个大脑的神经活动。

“在我们的案例中，我们充分利用了这两种传感器的优点，将蛋白质与合理设计的合成染料相结合，现在我们可以标记和可视化特定区域中的神经元，”这项研究的第一作者、Deo 团队的博士前研究员亚历山大·库克 (Alexander Cook) 说道。在合理设计方法中，研究人员利用现有的知识和原理来构建具有所需特性的分子，而不是盲目地制造和测试随机化合物。

“此外，我们谈论的不仅仅是静态观察，相反，该探针显示出对钙的可逆、动态反应，钙是神经元活动的标志，”库克补充道。

Deo 表示，这项技术的发展面临一个重大挑战。由于光声探针尚未得到广泛研究，研究人员缺乏评估他们正在构建的探针的方法。