科学家经常用发光的蛋白质来标记细胞，从而跟踪肿瘤的生长，或者测量细胞分化时基因表达的变化。这项技术虽然在细胞和人体的一些组织中有很好的效果，但由于光线在被发现之前散射过多，因此很难将其应用于大脑深处结构的成像中。
现在，麻省理工学院的工程师们想出了一种新的方法来检测大脑中这种被称为生物发光的光线:它们改造了脑血管，使其表达了一种蛋白质，可以使血管在光线的作用下扩张。这种扩张可以通过磁共振成像进行（MRI）观察到这一点，使研究者能准确定位光源。
“我们在神经科学等领域面临的一个众所周知的问题是，在深层组织中很难使用光学工具。”艾伦-贾萨诺夫，麻省理工学院生物工程学、大脑与认知科学和核科学与工程学教授。（Alan Jasanoff）“我们研究的核心目标之一就是想出一种方法，在深层组织中以相当高的分辨率成像生物发光分子。”
与同事相比，贾萨诺夫开发的新技术能使研究人员比以前更加详细地探索大脑的内部操作。
贾萨诺夫也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员。他是这项研究的资深作者。研究报告发表在今天(5月10日)的《自然-生物医学工程》上。罗伯特-奥伦多夫，麻省理工学院的前博士生。（Robert Ohlendorf）这篇论文的主要作者是李楠。
使用磁共振成像的一种（MRI）检测大脑生物发光的新方法。麻省理工学院开发的这项技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运行。图为转移光敏基因后血管呈鲜红色。图片来源:研究人员提供
生物发光蛋白存在于包括水母和萤火虫在内的许多生物体内。科学家用这些蛋白质标记特定的蛋白质或细胞，然后用发光仪检测它们的发光。荧光素酶是这个目的中经常使用的蛋白质之一。它有多种形式，可以发出不同颜色的光。
贾萨诺夫的实验室专门研究使用核磁共振成像技术对大脑成像的新方法。他们希望找到一种方法来检测大脑深处的荧光素酶。因此，他们想出了一种方法来将脑血管转化为光探测器。一种流行的核磁共振成像是通过成像大脑中血液流动的变化来实现的，所以研究人员设计了血管本身，使其通过扩张对光进行反应。
贾萨诺夫说:“血管是功能性核磁共振成像和其他无创成像技术中成像对比度的主要来源。因此，我们认为这些技术成像血管的内在能力可以通过光敏血管本身转化为成像光。”
为使血管对光敏感，研究人员设计了一种叫做Beggiatoa光活化腺苷酸环化酶的血管表达。（bPAC）细菌蛋白质。当暴露在光线下时，这种酶就会产生一种叫做 cAMP 分子，从而导致血管扩张。当血管扩张时，含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白的平衡会发生变化，而这两种血红蛋白具有不同的磁性。通过核磁共振成像可以检测到这种磁性变化。
BPAC 对波长较短的蓝光有特殊反应，因此可以检测到近距离产生的光线。研究人员将使用病毒载体 bPAC 这些基因特别传递给构成血管的平滑肌细胞。在小鼠体内注射此载体后，整个大脑大面积的血管变得对光敏感。
“血管在大脑中形成了一个非常密集的网络。贾萨诺夫说，大脑中的每个细胞都离血管几十微米以内。”我喜欢用这种方式来描述我们的方法:我们基本上把大脑的血管变成了三维摄像头。
一旦血管对光敏感，研究人员就会植入改造后的细胞。如果有一个叫CZT的基物，这些细胞就会表达荧光素酶。在老鼠身上，研究人员可以通过核磁共振成像检测荧光素酶，从而找到扩张的血管。
如果这些细胞被设计成能够表达荧光素酶，研究人员随后测试了它们的技术是否能够检测到大脑自身细胞产生的光。它们在大脑深部(即纹状体)的细胞中植入一种叫做GLuc的荧光素酶基因。将CZT底物注入动物体后，核磁共振成像会显示发光的部位。
贾萨诺夫说，这项技术被研究人员称为利用血液动力学的生物发光成像技术。（BLUsH），有很多方法可以帮助科学家了解更多关于大脑的信息。
首先，通过将荧光素酶的表达与特定基因联系起来，可以用来绘制基因表达的变化图。这有助于研究人员观察胚胎发育和细胞分化过程中基因表达或新记忆形成时的变化。荧光素酶也可以用来绘制细胞之间的解剖连接图，或者揭示细胞如何相互交流。
研究者们现在计划探索一些应用程序，并将其应用于小鼠和其它动物模型。
编译来源：ScitechDaily
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