欧洲分子生物学实验室的科学家们创新了新的光声探针，能够更好地成像特定大脑区域的神经元活动。这项第一代技术将合成染料与蛋白质结合在一起，在推进我们对大脑功能的理解方面显示出巨大的潜力，尽管还需要进一步改进。

为了更好地了解大脑，我们需要新的方法来观察它的活动。

这是一个分子工程项目的核心，由欧洲分子生物学实验室（EMBL）的两个研究小组牵头，该项目已经产生了一种用于神经科学应用的光声探针的新方法。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老鼠大脑图像的方法，但我们只是缺乏合适的探针来可视化神经元的活动，”EMBL小组组长、这篇论文的资深作者罗伯特·普雷韦德尔（Robert Prevedel）说。为了克服这一技术挑战，他与另一位EMBL小组组长克莱尔·迪奥（Claire Deo）合作，克莱尔·迪奥也是该论文的资深作者。她和她的团队专攻化学工程。

普雷韦德尔说：“我们已经能够证明，我们实际上可以用足够亮的探针标记特定大脑区域的神经元，这些探针可以被我们定制的光声显微镜检测到。”

增强神经元成像

科学家可以通过跟踪某些化学物质（例如离子或生物分子）来更多地了解生物过程。 光声探针可以通过与难以检测的化学物质特异性结合来充当它们的“报告者”。 然后，这些探针可以在被激光激发时吸收光，并发射可以被专用成像设备检测到的声波。 然而，对于神经科学应用，研究人员迄今为止无法设计出能够可视化专为光声定制的大脑功能的目标报道者。

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者，但控制染料的去向和可能被标记的内容一直是一项挑战。蛋白质作为标记特定分子的探针特别有用，但尚未导致有效的光声探针来监测整个大脑的神经活动。

“在我们的研究中，我们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结合起来，现在我们可以标记和可视化特定区域的神经元，”该研究的第一作者、迪奥小组的博士前研究员亚历山大·库克（Alexander Cook）说。在理性设计方法中，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。库克补充说：“此外，我们不仅仅是在谈论一个静态的观察，而是这个探针显示了对钙的可逆的动态反应，钙是神经元活动的标志。”

根据迪奥的说法，这种技术发展的道路上存在着一个重要的挑战。由于光声探测器还没有得到广泛的研究，研究人员缺乏一种方法来评估他们正在建造的探测器。

建造专用设备

因此，该项目由该研究的合著者、Prevedel集团的博士前研究员尼基塔·凯达诺夫（Nikita Kaydanov）开始，他定制了一个光谱装置。凯达诺夫说：“目前还没有商业装置可以在试管或试管中测量探针的光声信号，所以我们必须建造一个。我们创建了自己的光声光谱仪来评估和优化探测器。”

“这使我们能够评估和描述我们制造的不同探测器，以评估一些事情，”迪奥说。“它们产生了可探测的光声信号吗？他们是否足够敏感？这就是我们推断下一步的方法。”

但是，仅仅生产出能在小瓶子里工作的探针并不是研究人员想要停止的。然后，他们想看看探测器在实践中是如何工作的。他们想出了一种方法，将探针送入老鼠的大脑，并成功地探测到了来自目标大脑区域内神经元的光声信号。

迪奥说：“虽然我们对这一进展感到兴奋，但我们需要清楚的是，这只是第一代探测器。虽然他们提供了一个非常有前途的方法，但我们还有很多工作要做，但这是一个很好的第一次展示了这个系统的功能，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，并确认将它们用于细胞内动态成像的能力。

普雷维德尔说：“EMBL的优势之一是它汇集了如此多具有不同专业知识的人。我们都是以自己的方式开发人员--我的团队更多地致力于仪器仪表，而克莱尔的团队则开发更多的分子工具。将其与神经科学家结合起来，然后真正测试这些工具--这是一种特殊且独特的研究方式，只有在EmbL才有可能。”

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