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RobertPrevedel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ClaireDeo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(AlexanderCook)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。

因此，该项目由研究报告的共同作者、Prevedel集团的博士前研究员NikitaKaydanov发起，他定制了一套光谱装置。

Kaydanov表示：“目前还没有商用设备可以测量试管或比色皿中探针的光声信号，所以我们必须自己建造一个。我们创建了自己的光声光谱仪来评估和优化探针。”

“这使我们能够评估和描述我们制作的不同探测器以评估一些事情，”Deo说。“它们是否产生了可检测的光声信号?它们足够灵敏吗?这就是我们推断下一步的方法。”

但研究人员并不想止步于生产出可以在小瓶中工作的探针。他们还想看看这些探针在实际中是如何工作的。他们想出了一种将探针送入小鼠大脑的方法，并成功检测到了目标大脑区域内神经元发出的光声信号。

“虽然我们对这一进展感到兴奋，但我们需要明确的是，这只是这些探针的第一代，”Deo说。“虽然它们提供了一种非常有前途的方法，但我们还有很多工作要做，但这很好地展示了该系统的功能以及它在更好地理解大脑功能方面的潜力。”

事实上，接下来的步骤包括改进染料输送系统并确认使用它们进行细胞内动态成像的能力。

“EMBL的优势之一就是它汇集了这么多具有​​不同专业知识的人，”Prevedel说道。“我们都是开发人员，各有各的特色——我的团队更注重仪器，而Claire的团队更注重分子工具。再加上神经科学家对这些工具进行真正的测试——这是一种独特的研究方式，只有在EMBL才有可能。”