2022年5月19日，Münster大学医院和巴黎Saclay大学的研究人员建立了一种方法来修正由血流变化引起的伪影，并使用来自基于光纤的荧光共振能量转移（FRET）传感器的荧光信号记录大鼠大脑中细胞特异性的乳酸水平。虽然已知FRET可用于通过显微镜研究神经生理学，但它在体内研究中的应用受到FRET记录中出现的伪影的限制。 身体中的乳酸水平可以作为癌症和其他疾病的指标。目前监测乳酸的方法没有足够的时间分辨率来检测乳酸水平的实时变化，特别是在乳酸浓度低的大脑中。 研究人员使用乳酸传感器Laconic和钙传感器Twitch-2B来获取大鼠乳酸和钙水平的FRET记录。他们使用功能性磁共振成像(fMRI)和药理性磁共振成像(phMRI)信号来识别和纠正记录中的血流动力学伪影。 该研究调查了基于纤维的FRET传感器是否可以成功检测体内乳酸水平的变化。这项工作还试图确定传感器如何响应大脑中血流和血氧水平的变化。 该研究调查了基于纤维的FRET传感器是否可以成功检测体内乳酸水平的变化。这项工作还尝试确定传感器如何响应大脑中血流和血氧水平的变化。 Laconic是一种具有高时间分辨率的乳酸盐传感器，包含两种荧光化合物：供体化合物和受体化合物。这些被称为荧光团的化合物发出不同波长的光，并被与乳酸盐相互作用的分子分离。 当Laconic传感器被光照射时，供体荧光团吸收光并将其转移到受体上。发射光的强度取决于能量转移和两个荧光基团之间的距离。当乳酸与分离荧光团的分子发生作用时，供体和受体之间的距离发生变化，从而影响发射强度。该传感器通过观察发射光的强度来检测乳酸的存在。研究人员表示，这些信息可以用功能磁共振成像扫描描绘细胞特定的乳酸水平，并将它们与大脑中的血流联系起来。
在体内，使用FRET传感器在啮齿动物大脑中进行基于纤维的代谢物检测是可行的。为了检测乳酸水平，需要校正血流动力学伪影，这可以通过同时或单独使用获得的 fMRI 信号来实现。图片由明斯特大学提供 研究人员对Laconic和Twitch-2B传感器进行了遗传编码，以表达在老鼠的感觉皮层（接收感觉信息的大脑区域）。为了获得荧光信号，研究小组在传感器上方植入了一根光纤，以引导光线进出大脑。在静脉注射乳酸盐并刺激大鼠的感觉皮层后，研究人员测量了传感器植入物表达的荧光信号。 乳酸和钙传感器都对大脑活动的变化做出反应。乳酸传感器检测到注射引入的乳酸浓度增加。然而，当研究人员比较了感觉刺激和乳酸注射时记录的荧光、功能磁共振成像和脑血容量信号的过程，他们发现了血流动力学伪影的显著影响。分别对应于Laconic和Twitch-2B的乳酸和钙信号的荧光信号的比率中存在伪影。 由于磁共振成像对血流动力学变化敏感，研究人员使用磁共振成像得到的参数来校正荧光记录中的血流动力学伪影。他们使用了一种校正算法，可以消除荧光和MRI信号的同时和单独测量时的伪影。 基于磁共振成像的校正算法使研究人员能够在感觉刺激和静脉注射乳酸期间检测乳酸和钙的变化。该团队使用局部场电位记录，磁共振波谱和血液分析验证了其测量结果。 结果表明，基于荧光的传感可用于测量生物体中细胞特异性乳酸水平的变化，前提是信号伪影被校正。研究人员的方法可用于其他用途，检测癌症和其他病理，如炎症和自身免疫性疾病。 该研究发表在Neurophotonics（www.doi.org/10.1117/1.NPh.9.3.032212）上。 |
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