脑细胞中的钙进行成像可以揭示神经元之间如何交流

麻省理工学院的研究人员现在已经设计了一种基于核磁共振成像(MRI)的钙活动成像的新方法，可以使他们深入大脑。使用这种技术，他们可以跟踪活体动物神经元内部的信号传导过程，从而使他们能够将神经活动与特定行为联系起来。

麻省理工学院MIT教授Alan Jasanoff说：“本文描述了第一个基于MRI的细胞内钙信号检测，这直接类似于神经科学中广泛使用的强大光学方法，但现在可以在体内深层组织中进行此类测量。”生物工程，脑与认知科学，核科学与工程，也是麻省理工学院麦戈文脑科学研究所的准会员。

Jasanoff是该论文的高级作者，该论文发表在2月22日的《自然通讯》上。麻省理工学院的博士后阿里·巴兰多夫(Ali Barandov)和本杰明·巴特尔(Benjamin Bartelle)是该论文的主要作者。麻省理工学院的高级凯瑟琳·威廉姆森，麻省理工学院最近的研究生艾米丽·洛克斯和亚瑟·阿莫斯·诺耶斯的化学名誉教授史蒂芬·利帕德也是该研究的作者。

进入细胞

在其静止状态下，神经元的钙水平非常低。但是，当它们发出电脉冲时，钙会大量涌入电池。在过去的几十年中，科学家们已经设计出通过用荧光分子标记钙来使这种活性成像的方法。这可以在实验室培养皿或活体动物的大脑中生长的细胞中完成，但是这种显微镜成像只能穿透组织的十分之几毫米，因此大多数研究仅限于大脑表面。

Jasanoff说：“使用这些工具已经完成了许多令人惊奇的事情，但是我们希望有一些东西能让我们自己和其他人更深入地研究蜂窝级信号。”

为了实现这一目标，麻省理工学院的团队转向了MRI(一种无创技术)，该技术通过检测注入的造影剂与细胞内水分子之间的磁性相互作用来起作用。

许多科学家一直在研究基于MRI的钙传感器，但是主要的障碍是开发一种可以进入脑细胞内部的造影剂。去年，Jasanoff的实验室开发了一种MRI传感器，可以测量细胞外钙的浓度，但这些传感器是基于太大而无法进入细胞的纳米颗粒。

为了创建新的细胞内钙传感器，研究人员使用了可以穿过细胞膜的结构单元。造影剂包含锰，锰是一种与磁场弱相互作用的金属，与可穿透细胞膜的有机化合物结合。该复合物还包含称为螯合剂的钙结合臂。

一旦进入细胞内，如果钙水平较低，则钙螯合剂会与锰原子弱结合，从而屏蔽了MRI检测中的锰。当钙流入细胞中时，螯合剂与钙结合并释放出锰，这使得造影剂在MRI图像中显得更亮。

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