麻省理工学院的研究人员已经证明，他们可以使用专门的MRI传感器检测大脑等组织深处的光。

专门的MRI传感器可以检测组织深处的光

在深层组织中成像光非常困难，因为当光进入组织时，大部分光要么被吸收，要么被散射。麻省理工学院的团队克服了这一障碍，设计了一种传感器，该传感器可将光转换为可通过MRI(磁共振成像)检测到的磁信号。

这种类型的传感器可用于映射植入大脑的光纤发出的光，例如在光遗传学实验中用于刺激神经元的光纤。研究人员说，随着进一步的发展，它还可以证明对监测接受基于光的癌症疗法的患者有用。

我们可以对光在组织中的分布进行成像，这很重要，因为使用光来刺激组织或从组织进行测量的人通常不太清楚光的去向、刺激的位置或光的来源从。我们的工具可用于解决这些未知数。”

AlanJasanoff，麻省理工学院生物工程、大脑和认知科学以及核科学与工程教授

Jasanoff也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员，是该研究的资深作者，该研究今天发表在《自然生物医学工程》上。JacobSimonPhD'21和麻省理工学院博士后MiriamSchwalm是该论文的主要作者，纽约大学的JohannesMorstein和DirkTrauner也是该论文的作者。

光敏探头

数百年来，科学家们一直在使用光来研究活细胞，这可以追溯到1500年代后期发明光学显微镜的时候。这种显微镜允许研究人员观察细胞内部和组织薄片，但不能深入生物体内部。

“使用光，尤其是在生命科学中，一个长期存在的问题是它不能很好地穿透许多材料，”Jasanoff说。“生物材料吸收光和散射光，这些东西的结合使我们无法将大多数类型的光学成像用于涉及深层组织聚焦的任何事物。”

为了克服这一限制，Jasanoff和他的学生决定设计一种可以将光转换为磁信号的传感器。

“我们想创建一种磁传感器，它可以对局部光做出响应，因此不受吸收或散射的影响。然后可以使用MRI对这种光探测器进行成像，”他说。

Jasanoff的实验室之前开发了MRI探针，可以与大脑中的各种分子相互作用，包括多巴胺和钙。当这些探针与其目标结合时，它会影响传感器与周围组织的磁相互作用，从而使MRI信号变暗或变亮。

为了制作光敏MRI探针，研究人员决定将磁性粒子包裹在一种称为脂质体的纳米粒子中。本研究中使用的脂质体由Trauner先前开发的特殊光敏脂质制成。当这些脂质暴露在特定波长的光下时，脂质体变得更易透水或“渗漏”。这允许内部的磁性颗粒与水相互作用并产生可被MRI检测到的信号。

研究人员将这些颗粒称为脂质体纳米颗粒报道分子(LisNR)，它们可以根据所暴露的光的类型从可渗透性转变为不可渗透性。在这项研究中，研究人员创造了在暴露于紫外线时变得渗漏的颗粒，然后在暴露于蓝光时再次变得不可渗透。研究人员还表明，这些粒子可以对其他波长的光做出反应。

哈佛医学院放射学助理教授XinYu说：“这篇论文展示了一种新型传感器，可以通过大脑使用MRI检测光子。这项有启发性的工作为桥接光子和质子驱动的神经影像学研究开辟了一条新途径。”没有参与研究。

测绘灯

研究人员测试了老鼠大脑中的传感器——;具体来说，在大脑中称为纹状体的部分，它参与计划运动和响应奖励。在将粒子注入整个纹状体后，研究人员能够绘制出附近植入的光纤的光分布图。

他们使用的纤维类似于用于光遗传学刺激的纤维，因此这种传感可能对在大脑中进行光遗传学实验的研究人员有用，Jasanoff说。

“我们不希望每个做光遗传学的人都会在每个实验中使用它——它更像是你偶尔会做的事情，看看你正在使用的范例是否真的产生了你认为的光轮廓它应该是，”Jasanoff说。

将来，这种类型的传感器还可用于监测接受涉及光的治疗的患者，例如光动力疗法，它使用激光或LED发出的光来杀死癌细胞。

研究人员现在正在研究类似的探针，这些探针可用于检测荧光素酶发出的光，荧光素酶是生物实验中经常使用的发光蛋白家族。这些蛋白质可用于揭示特定基因是否被激活，但目前它们只能在表面组织或实验室培养皿中生长的细胞中成像。

Jasanoff还希望使用用于LisNR传感器的策略来设计MRI探针，这些探针可以检测光以外的刺激，例如大脑中发现的神经化学物质或其他分子。

“我们认为我们用来构建这些传感器的原理非常广泛，也可以用于其他目的，”他说。

该研究由美国国立卫生研究院、G.Harold和LeylaY.Mathers基金会、麦戈文大脑研究所的麦戈文之友奖学金、麻省理工学院神经生物学工程培训计划以及来自玛丽·居里的个人奖学金资助。欧盟委员会。