2022年12月27日—使用专业核磁共振成像传感器,麻省理工学院的研究人员显示他们可以检测光深处大脑等组织。
深层组织成像灯是极其困难的,因为光进入组织,它吸收或散射。麻省理工学院的团队克服了这个障碍,设计一个传感器,将光转化为能被探测到的磁信号通过MRI(磁共振成像)。
这种类型的传感器可以用于地图发出的光光纤植入大脑,如纤维用来刺激神经元在optogenetic实验。进一步发展,它也可能有助于监测接收光学治疗癌症的患者,研究人员说。
“我们可以在组织图像分布的光,这很重要,因为人们使用光刺激组织或测量组织通常不太知道光在哪里,他们刺激,或光来自哪里。我们的工具可以用来解决这些未知数,”麻省理工学院的生物工程教授Alan Jasanoff说,脑与认知科学、和核科学与工程。
Jasanoff,他也是一个麻省理工学院麦戈文脑研究所的助理研究员,是这项研究的资深作者,它出现在自然生物医学工程。雅各西蒙博士的21和麻省理工学院博士后米里亚姆Schwalm是该论文的主要作者,Johannes Morstein和纽约大学的德克·特劳纳也是这篇论文的作者。
光敏探测器
科学家已经使用光研究活细胞数百年来,可追溯到1500年代末,当光显微镜发明。这种显微镜允许研究人员同行细胞内和薄片组织,但不是有机体深处。
使用光”一个持续性的问题,特别是在生命科学,它并不能很好穿透许多材料,“Jasanoff说。“生物材料吸收光和散射光,这些事情阻止我们的结合对任何涉及使用大多数类型的光学成像聚焦在深层组织。”
为了克服这种限制,Jasanoff和他的学生决定设计一种传感器,可以将光转换成磁场信号。
“我们想在本地创建一个响应光磁传感器,因此不受吸光度或散射。那么这个光探测器可以使用核磁共振成像,”他说。
Jasanoff的实验室曾开发出核磁共振探针,可以与大脑中的各种分子的相互作用,包括多巴胺和钙。当这些探针结合他们的目标,它会影响传感器的磁相互作用与周围组织,变暗或光明的核磁共振信号。
光敏磁共振成像探针,研究人员决定将磁性粒子在纳米脂质体。在这项研究中使用的脂质体是由专门的光敏脂质特劳纳此前开发的。当这些脂质暴露于一定波长的光,脂质体日益渗透水,或“漏。“这使得里面的磁性粒子与水和生成一个信号被MRI。
研究者的粒子,称为脂质体纳米颗粒记者(LisNR),可以切换从渗透到不透水取决于光他们暴露的类型。在这项研究中,研究人员创建粒子,成为漏水的暴露在紫外线,然后再次成为不透水暴露在蓝光。研究还表明,粒子可以应对其他波长的光。
“这篇论文展示了一个新颖的传感器,使光子探测与MRI大脑。这种照明工作引入了一个新的途径桥光子和proton-driven神经成像研究,“鑫Yu说,哈佛医学院放射学助理教授,他并没有参与这项研究。
映射的光
研究人员在老鼠的大脑测试传感器——具体地说,在一个大脑纹状体的一部分,参与规划运动和应对奖励。注入粒子在纹状体后,研究人员能够映射分布的光从光纤附近植入。
他们使用的纤维类似于用于optogenetic刺激,所以这种感应可能有助于研究人员执行optogenetic实验在大脑中,Jasanoff说。
“我们不期望每个人都做光遗传学将使用这个每一个实验——它更偶尔你会做的东西,是否一个范例,你用的是生产的光,你认为它应该是,“Jasanoff说。
在未来,这种类型的传感器也可以用于监测患者接受治疗,涉及光、光动力治疗等使用激光的光线或导致杀死癌细胞。
研究人员目前正在研发类似的探针,可以用来检测荧光素酶发出的光线,一个家庭的发光蛋白质生物实验中经常使用。这些蛋白质可以用来揭示是否一个特定的基因被激活,但目前他们只能反映在表面的组织或培养皿的细胞生长。
Jasanoff还希望使用该策略用于LisNR传感器设计以外的磁共振成像的探针可以检测出刺激的光,如发现大脑中的化学物质或其他分子。
“我们认为,我们使用的原则,构建这些传感器非常广泛,可用于其他目的,”他说。
2023年2月16日
