運用一種特殊的磁共振成像（MRI）傳感器，麻省理工學院的研究者們能夠檢測到大腦等組織中深處的光。
對組織深處的光進行成像是極其困難的，因為光在組織内傳播時，大部分都被吸收或者散射。麻省理工的團隊則研發了一種傳感器，它能将光轉換成磁共振成像可檢測到的磁信号，從而攻克了這一難題。
這種傳感器可以用來追蹤腦内植入光纖（例如光遺傳學實驗時用來刺激神經元的光纖）發出的光。研究人員說，随着進一步發展，這種傳感器或許将被用于監測接受這種治療的癌症患者的狀況。
" 我們可以對組織裡的光的分布進行成像，這是非常重要的。因為我們用光刺激組織或者測量組織中活動時，通常不清楚光的走向、刺激點和來源。我們的工具可以用來解決這些未知的問題。" 艾倫 · 加薩諾夫（Alan Jasanoff）說道。他是麻省理工學院生物工程、大腦與認識科學和核科學工程教授。
加薩諾夫同時還是麻省理工學院麥戈文大腦研究中心的助理研究員，也是該研究的通訊作者。21 屆博士生雅各布 · 西蒙（Jacob Simon）和博士後米裡亞姆 · 施瓦姆（Miriam Schwalm）是這篇文章的第一作者。約翰内斯 · 莫爾斯坦（Johannes Morstein）和紐約大學的德克 · 特勞納（Dirk Trauner）同樣參與了這項研究。
論文題目：
Mapping light distribution in tissue by using MRI-detectable photosensitive liposomes
DOI：
https://doi.org/10.1038/s41551-022-00982-3
一種光敏探針
從 16 世紀光學顯微鏡的發明開始，用光研究活細胞的方法已經被科學家們沿用了數百年。光學顯微鏡讓研究者們能窺見細胞和薄組織切片的内部，但無法看見有機體的深層。
加薩諾夫說道：" 尤其是在生命科學領域，關于光的使用有一個持續存在的問題——它無法穿透很多材料。生物材料會吸收并散射光，使得我們無法在任何組織深層進行光學成像。"
為了克服這個難題，加薩諾夫和他的學生們決定設計一個可以将光轉換成磁信号的傳感器。
" 我們想要發明一個在局部就可以對光信号做出反應的磁傳感器。因此，它不會受到吸收或者散射的影響。然後，我們就可以用磁共振成像呈現這個光探測器的反應。" 他說道。
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加薩諾夫的實驗室先前研發了一種磁共振成像探針，它可以與大腦中包括多巴胺和鈣離子在内的多種分子反應。當探針與目标結合時，它會影響傳感器與周圍環境的磁相互作用，使磁共振成像的信号減弱或加強。
為了制造一個光敏的磁共振成像探針，研究者們決定将磁性粒子包裹在一個叫脂質體（liposome）的納米顆粒裡。這項研究中所用的脂質體是特勞納先前研發的一種特殊光敏脂質。當脂質接觸到特定波長的光時，脂質體便會對水更有滲透性，可以理解為更加 " 漏水 "。這使得内部的磁性顆粒與水反應，生成能被磁共振成像探測到的信号。
這種被研究者們稱作 "脂質體納米報告顆粒"（liposomal nanoparticle reporters, LisNR）的顆粒可以根據光的種類，改變脂質的透水性。在這項研究中，研究者們設計出了在紫外光下變得透水的微粒，并且它會在藍光下變回不透水狀态。研究者也表明，這種微粒可以對其他不同波長的光作出反應。
" 這篇文章中的傳感器能利用腦部磁共振成像反映對光子的檢測。這一創新性的工作為連接基于光子和質子的神經影像研究開辟了新的道路。" 沒有參與這項研究的哈佛大學醫學院助理教授 Xin Yu 說道。
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繪制光的分布圖
研究者們在大鼠的大腦測試了這一傳感器。具體來說，他們在大腦中參與運動規劃和獎賞反應的紋狀體（striatum）進行了測試。在向紋狀體内注射一些微粒之後，研究員們可以繪制出來自附近植入的光纖的光的分布圖。
加薩諾夫說道，這種光纖與用于光遺傳學刺激的光纖相似，所以這種傳感器也将有助于研究者進行光遺傳實驗。
" 我們不期待所有研究光遺傳的人員會将這個技術應用到每個實驗中——這是一個你偶爾需要用到的工具，可以用來驗證你所做的操作是否産生了你所期待的光分布圖。" 加薩諾夫說道。
在未來，這一傳感器還可用于監測接受基于光的治療的患者情況。例如，光動力治療（photodynamic therapy）就使用激光或者 LED 殺死癌細胞。
研究員們目前正在研發一種相似的探針，檢測由熒光素酶（luciferases）發出的光。熒光素酶是一類發光的蛋白質，在生物實驗中經常被用到。這些蛋白質能用于顯示特定基因是否被激活，但目前我們隻能對在培養皿中表面組織或細胞中的熒光素酶進行成像。
加薩諾夫也希望用于 " 脂質體納米報告顆粒 " 傳感器的策略可以被用于設計檢測光以外的其它刺激（例如檢測神經化學物質或者其它大腦中的分子）的磁共振成像探針。
" 我們認為我們研發這些傳感器的原理之應用非常廣泛，并且也可以用于其它目的。" 他說道。
作者：Anne Trafton l 譯者：Soso l 校對：M.W.
