大脑深处探测荧光信号，可意想不到的监测药物有效性

　　频率滤波技术可以从意想不到的地方接收到强信号

图1 信号增强：荧光传感器艺术效果图

　　荧光显微技术可以检测生物组织中标记分子发出的光，但是这些组织本征的散射行为和自发荧光的趋势始终是一个阻碍。

　　目前，麻省理工学院团队已经开发出一种技术，可以有效地提高荧光传感器的信号强度，提高它们被植入到复杂的生物系统深处的可能性，并详细揭示这些系统的创新部分如何运作。

　　以上研究成果已发表在期刊《Nature Nanotechnology》上，这项发现可以使荧光传感器应用于追踪大脑或其他身体部位深处组织内的特定分子，以及医疗诊断或监测药物效应等领域。

　　麻省理工学院（以下简称MIT）Volodymyr Koman说：“如果你有一个荧光传感器，它可以探测细胞培养或薄组织层中的生化细胞信息，那么你可以将所有的荧光染料和探针放大为厚组织。”

　　 MIT的Michael Strano实验室的突破性进展之一是调节传感器发出的荧光频率，以便于将仪器荧光从组织自体荧光中区分出来。另一个是波长感应频率滤波（以下简称WIFF）技术将三个激光器组合在一起，产生具有振荡波长的激发光束。

　　该论文中提到：“荧光激发波长通过纳米传感器的吸收峰进行调制，允许发射信号从自体荧光背底中分离出来，相对于噪声增加所需的信号，并在内部引用它来防止伪影。”

　　此外，WIFF技术还增强了来自各种其他传感器的信号，包括以碳纳米管为基础的传感器。在此之前，Strano实验室已经开发了用于监测过氧化氢、维生素B和抗坏血酸的传感器。

　　信号从未到达的深度

　　该论文提到，利用高度散射的虚拟组织、小鼠模型和其他复杂的组织结构进行实验，结果表明WIFF技术将纳米传感器的可见光和近红外光谱信噪比提高了52倍。

　　为了建立一个实际人体生理组织的临床模型，MIT团队集中研究胶质母细胞瘤——一种侵略性的恶性肿瘤，被称为“脑部杀手”。一般胶质母细胞瘤的治疗方法包括手术以及术后化疗药物替莫唑胺（TMZ），然而，监测药物是否有效仍是一大难题，WIFF技术能够改善这一难题。

　　 Michael Strano说：“我们正在开发一种技术，可以将小型传感器植入肿瘤附近，这种传感器可以显示有多少药物到达肿瘤，以及肿瘤是否正在代谢，然后在体外监测药物在肿瘤环境中的实际疗效。”

　　当TMZ进入人体后，它会被分解成更小的化合物，包括AIC。该团队设计了一种可以探测AIC的传感器，并且他们可以将AIC传感器植入动物的大脑，深度可达5.5厘米，与此同时，体外可以穿透动物颅骨读取传感器发出的信号。

　　然后，可调谐激光器取代三个产生振荡光束的激光器——可调谐激光器价格的下降和出束速度的加快，增加了这种改进的可行性。

　　 Strano说：“这项技术适用于任何波长的光束，也可以应用于任何荧光传感器。因为生理信号复杂且多变，这个传感器可以植入进组织深处，完成了之前不可能的任务。”