本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Anne Trafton，编译：Soso，题图来自：《超体》
运用一种特殊的磁共振成像（MRI）传感器，麻省理工学院的研究者们能够检测到大脑等组织中深处的光。
对组织深处的光进行成像是极其困难的，因为光在组织内传播时，大部分都被吸收或者散射。麻省理工的团队则研发了一种传感器，它能将光转换成磁共振成像可检测到的磁信号，从而攻克了这一难题。
这种传感器可以用来追踪脑内植入光纤（例如光遗传学实验时用来刺激神经元的光纤）发出的光。研究人员说，随着进一步发展，这种传感器或许将被用于监测接受这种治疗的癌症患者的状况。
“我们可以对组织里的光的分布进行成像，这是非常重要的。因为我们用光刺激组织或者测量组织中活动时，通常不清楚光的走向、刺激点和来源。我们的工具可以用来解决这些未知的问题。”艾伦·加萨诺夫（Alan Jasanoff）说道。他是麻省理工学院生物工程、大脑与认识科学和核科学工程教授。
加萨诺夫同时还是麻省理工学院麦戈文大脑研究中心的助理研究员，也是该研究的通讯作者。21届博士生雅各布·西蒙（Jacob Simon）和博士后米里亚姆·施瓦姆（Miriam Schwalm）是这篇文章的第一作者。约翰内斯·莫尔斯坦（Johannes Morstein）和纽约大学的德克·特劳纳（Dirk Trauner）同样参与了这项研究。
DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-022-00982-3
一种光敏探针
从16世纪光学显微镜的发明开始，用光研究活细胞的方法已经被科学家们沿用了数百年。光学显微镜让研究者们能窥见细胞和薄组织切片的内部，但无法看见有机体的深层。
加萨诺夫说道：“尤其是在生命科学领域，关于光的使用有一个持续存在的问题——它无法穿透很多材料。生物材料会吸收并散射光，使得我们无法在任何组织深层进行光学成像。”
为了克服这个难题，加萨诺夫和他的学生们决定设计一个可以将光转换成磁信号的传感器。
“我们想要发明一个在局部就可以对光信号做出反应的磁传感器。因此，它不会受到吸收或者散射的影响。然后，我们就可以用磁共振成像呈现这个光探测器的反应。”他说道。
加萨诺夫的实验室先前研发了一种磁共振成像探针，它可以与大脑中包括多巴胺和钙离子在内的多种分子反应。当探针与目标结合时，它会影响传感器与周围环境的磁相互作用，使磁共振成像的信号减弱或加强。
为了制造一个光敏的磁共振成像探针，研究者们决定将磁性粒子包裹在一个叫脂质体（liposome）的纳米颗粒里。这项研究中所用的脂质体是特劳纳先前研发的一种特殊光敏脂质。当脂质接触到特定波长的光时，脂质体便会对水更有渗透性，可以理解为更加“漏水”。这使得内部的磁性颗粒与水反应，生成能被磁共振成像探测到的信号。
这种被研究者们称作“脂质体纳米报告颗粒”（liposomal nanoparticle reporters， LisNR）的颗粒可以根据光的种类，改变脂质的透水性。在这项研究中，研究者们设计出了在紫外光下变得透水的微粒，并且它会在蓝光下变回不透水状态。研究者也表明，这种微粒可以对其他不同波长的光作出反应。
“这篇文章中的传感器能利用脑部磁共振成像反映对光子的检测。这一创新性的工作为连接基于光子和质子的神经影像研究开辟了新的道路。”没有参与这项研究的哈佛大学医学院助理教授Xin Yu说道。
绘制光的分布图
研究者们在大鼠的大脑测试了这一传感器。具体来说，他们在大脑中参与运动规划和奖赏反应的纹状体（striatum）进行了测试。在向纹状体内注射一些微粒之后，研究员们可以绘制出来自附近植入的光纤的光的分布图。
加萨诺夫说道，这种光纤与用于光遗传学刺激的光纤相似，所以这种传感器也将有助于研究者进行光遗传实验。
“我们不期待所有研究光遗传的人员会将这个技术应用到每个实验中——这是一个你偶尔需要用到的工具，可以用来验证你所做的操作是否产生了你所期待的光分布图。”加萨诺夫说道。
在未来，这一传感器还可用于监测接受基于光的治疗的患者情况。例如，光动力治疗（photodynamic therapy）就使用激光或者LED杀死癌细胞。
研究员们目前正在研发一种相似的探针，检测由荧光素酶（luciferases）发出的光。荧光素酶是一类发光的蛋白质，在生物实验中经常被用到。这些蛋白质能用于显示特定基因是否被激活，但目前我们只能对在培养皿中表面组织或细胞中的荧光素酶进行成像。
加萨诺夫也希望用于“脂质体纳米报告颗粒”传感器的策略可以被用于设计检测光以外的其它刺激（例如检测神经化学物质或者其它大脑中的分子）的磁共振成像探针。
“我们认为我们研发这些传感器的原理之应用非常广泛，并且也可以用于其它目的。”他说道。
原文：https://news.mit.edu/2022/mri-light-detection-1222
本文来自微信公众号：神经现实 （ID：neureality），作者：Anne Trafton，编译：Soso