Brain-X | 上海交大杨宇：新型成像传感器检测大脑深处光分布

以下文章来源于学科交叉脑 ，作者Brain-X

近年来，科学家们致力于开发不同种类的荧光传感器，包括量子点、上转换纳米颗粒和荧光蛋白等，用于监测生命系统中的信息生成。研究者可以通过向这些传感器照射激光来观察这些传感器的荧光。然而，传统的荧光传感器对深层组织信号成像的能力有限，因为大部分光在穿透组织时会被吸收或散射。为了应对这一挑战，Jasanoff领导的团队开发了一种新型传感器，可以将光转换为不受吸收或散射影响的磁信号。这使得光探测器的响应可以通过磁共振成像(MRI)可视化（图1）。这种传感器的开发在提高我们对深层组织信息处理的理解方面具有重大的潜力。相关成果发表在2023年的Nature Biomedical Engineering（NBE）期刊上【1】。

上海交通大学杨宇、哈佛医学院杨丹丹等人，受邀在Brain-X（交叉脑科学）上就NBE发表的论文，进行评述和展望【2】。

图1. 使用MRI检测光敏脂质体绘制组织中光分布

为了制造光敏MRI探针，研究人员将磁性颗粒封装在光响应性偶氮苯共轭脂质体（称为Light-LisNRs）中。通过调整脂质双层分子的组成和比例，这些脂质体纳米颗粒可以根据光照的类型从可渗透切换到不可渗透。在暴露于紫外线（UV）光时，Light-LisNRs变得对水更具渗透性，导致磁性粒子和水之间的强相互作用，从而产生强MRI信号。相反，暴露于蓝光导致Light-LisNRs变得不透水，导致缺乏可检测的MRI信号。这种特性允许对Light-LisNR的MRI对比度进行调节，并有助于优化可切换的纵向弛豫时间（T1）。

优化后的Light-LisNR有可能用于绘制活体动物的光分布图。当这些纳米颗粒被注射到大鼠的脑中时，它们通过对流的方式有效地在大脑中扩散，磁共振信号的变化证明了这一点。这些探针表现出非凡的光敏感性，可以通过蓝色和紫外线照射下磁弛豫的变化得到证明。相对于初始基线，探针在对紫外线和蓝光的响应中显示出平均MRI信号的显著差异，在重复光周期期间观察到的光响应的时间特征是一致的。

Light-LisNRs在大鼠脑中的稳定表现表明其适合于定量测量组织中的光强分布。此外，研究人员使用了由光束扩散函数和均匀光子扩散项组成的混合模型来拟合实验数据，并绘制了植入大脑纹状体附近的光纤发射的光分布的定量图。这些结果突出了优化的Light-LisNRs在绘制活体动物中的光分布图方面的潜力。

总之，这项工作描述了一种新型传感器的设计及其在阐明光在不透明环境中的传播方式。该传感器利用光调节脂质体渗透性来增强造影剂分子产生的对比度，从而改善MRI的可视化效果。这项工作的结果证明了Light-LisNRs作为光子检测的通用工具的潜力，并强调了通过调整作用光谱、吸收截面和造影剂封装参数来进一步优化传感器的性能。文章中阐述的传感方法有望在未来开发出用于检测光以外刺激的MRI探针，如大脑中的神经化学物质或其他分子物质。此外，该传感器还可以作为一种有价值的工具，用于监测正在接受光疗法的患者，包括使用激光消融癌症细胞的光动力疗法。

详情请关注官网：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/brx2.3

参考文献：

1. Simon J, Schwalm M, Morstein J, Trauner D, Jasanoff A. Mapping light distribution in tissue by using MRI-detectable photosensitive liposomes. Nat Biomed Eng 2023, 7,313-322.

2. L Luo, D Yang, Y Yang. New biosensors detect light deep inside the brain. Brain-X 2023, https://doi.org/10.1002/brx2.3.

转自：“解说科研项目”微信公众号

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