为了更好地了解大脑，科学家们需要新的方法来观察其活动。这一需求促成了一个分子工程项目的开展，由欧洲分子生物学实验室（EMBL）的两个研究小组牵头，旨在开发一种用于神经科学应用的光声探针。相关研究成果已发表在《美国化学学会杂志》上。
为了解决这一技术挑战，研究小组的负责人之一，Claire Deo，与另一位小组负责人合作。Deo的团队专注于化学工程领域。研究团队的成员Prevedel表示：“我们已经能够证明，利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。”
科学家们通过跟踪特定化学物质（如离子或生物分子）来深入了解生物过程。光声探针能够与难以检测的化学物质特异性结合，充当“报告者”。当激光激发探针时，探针吸收光并发出声波，这些声波可以被专门的成像设备探测到。然而，针对神经科学的应用，研究人员尚未设计出能够可视化大脑功能的特定报告。
尽管研究人员曾尝试使用合成染料作为神经元活动的光声报告，但控制染料的去向及其标记内容一直是一项挑战。蛋白质作为标记特定分子的探针具有潜力，但尚未成功开发出有效的光声探针来监测整个大脑的神经活动。
在这项研究中，研究团队结合了蛋白质与合理设计的合成染料，成功标记和可视化特定区域的神经元。该研究的第一作者、Deo小组的博士前研究员亚历山大·库克指出，研究人员采用理性设计的方法，利用现有知识和原理构建具有所需特性的分子，而非盲目制造和测试随机化合物。他补充道：“此外，我们的探针显示了对钙的可逆动态反应，钙是神经元活动的标志。”
Deo强调，这一技术发展面临重要挑战。由于光声探测器尚未得到广泛研究，研究人员缺乏评估所建造探测器的方法。因此，项目的合著者、Prevedel小组的博士前研究员尼基塔·凯达诺夫开始定制一个光谱装置。凯达诺夫表示：“目前还没有商业装置可以在试管中测量探针的光声信号，因此我们必须自行构建。”他们创造了自己的光声光谱仪，以评估和优化探测器。
Deo进一步解释道：“这使我们能够评估和描述不同探测器的性能。它们是否产生可探测的光声信号？是否足够敏感？这些问题将指导我们的下一步研究。”
然而，研究人员并不满足于仅在实验室中测试探针。他们希望观察探测器在实际应用中的表现，最终成功将探针送入老鼠的大脑，并探测到来自目标大脑区域内神经元的光声信号。Deo表示：“虽然我们对这一进展感到兴奋，但需要明确的是，这只是第一代探测器。尽管它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。这是一个良好的开端，展示了该系统的功能及其在理解大脑功能方面的潜力。”
接下来的步骤包括改进染料输送系统，并确认其在细胞内动态成像中的应用能力。Prevedel指出：“EMBL的优势之一在于汇集了多位具有不同专业知识的研究人员。我们各自的研究方向不同——我的团队专注于仪器开发，而克莱尔的团队则专注于分子工具。将这些研究与真正测试工具的神经科学家结合起来，形成了一种独特的研究方式，这在EMBL是独一无二的。”
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希望本篇文章《创新光声探针有望颠覆大脑活动成像技术》能对你有所帮助！
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