《Chemistry & Biology》報道一種新型分子影像學方法
日期：2014-03-27 08:51:46
醫生通常使用核磁共振成像（MRI）來自診斷腫瘤、中風損傷和其他許多疾病。神經科學家也依賴它作為研究工具，識別執行不同認知功能的大腦區域。另外，磁共振可視納米基因載體研究獲進展。
目前，麻省理工學院（MIT）的生物工程學家嘗試在更小尺度上使用MRI，將活體動物大腦內的基因活動可視化。本研究的指導者、MIT生物工程副教授Alan Jasanoff指出，利用MRI跟蹤這些基因，將使科學家們對“基因如何控制形成記憶和學習新技”能這樣的過程，有更多的了解。
Jasanoff也是MIT麥戈文大腦研究所的會員，他說：“分子影像學的夢想是，在分子水平上提供完整生物體的生物學信息。我們的目標是無須切開大腦，但是能真正看到里面正在發生的事情。”
為了實現這一目標，Jasanoff和同事們開發了一種新方法，能夠將一個“報告基因”影像化，這個人造基因可打開或關閉體內的信號事件，很像是一輛汽車儀表板上的指示燈。在這項新研究中，該報告基因編碼一種酶，可與注入大腦的造影劑相互作用，使造影劑可被MRI檢測。在2014年3月份的Cell系列國際著名期刊《Chemistry & Biology》發表的一篇論文，詳細描述了這種方法，可讓研究人員能夠確定該報告基因在何時何地被打開。
一個開/關開關
MRI使用可與體內質子相互作用的磁場和無線電波，產生體內的詳細圖像。在大腦研究中，神經學家們通常使用功能MRI來測量血液流動，揭示出大腦執行特定任務期間哪一部分處于活躍狀態。在掃描其他器官時，醫生有時候會使用磁性“造影劑”，來提高某些組織的可見度。
MIT這種新方法包括一種稱為錳卟啉的造影劑和新的報告基因，這個基因編碼一種基因工程酶，可改變造影劑上的電荷。Jasanoff及其同事對造影劑進行設計，使其易溶于水，易排出體外，難以被MRI檢測。然而，當工程酶（稱為SEAP）從錳卟啉上切割磷酸分子時，造影劑變得難溶，并開始在腦組織中積累，使其被檢測到。
研究人員曾在胎盤中發現SEAP的自然版本，但是在其他組織中卻沒有。通過將攜帶SEAP基因的病毒注入小鼠腦細胞內，研究人員能夠將這個基因并入自身基因組。然后，腦細胞開始生產SEAP蛋白，它由細胞分泌并錨定在外表面。Jasanoff稱，這非常的重要，因為這表示造影劑不需要穿透細胞就能與酶相互作用。
然后，研究人員注入MRI造影劑，造影劑擴散至大腦，但是僅積累在生產SEAP蛋白的細胞附近，這樣就可以查明SEAP在哪里是活躍的。
探索大腦功能
這項研究的目的是檢測這種方法，檢測系統僅僅揭示出SEAP 基因是否已經被成功并入腦細胞。然而，在未來的研究中，研究人員打算設計SEAP基因，使其只在一個特定目的基因打開時才處于活躍狀態。
Jasanoff第一個計劃是，將SEAP基因與所謂的“早期直接基因”聯系起來，后者對于大腦可塑性——神經元之間的聯系減弱或增強，對于學習和記憶至關重要——必不可少。
Jasanoff稱：“作為對大腦功能感興趣的人，我們最想解決的問題是，大腦功能如何改變大腦內基因表達的模式。我們也會想象，在報告酶與神經遞質結合時打開和關閉這種酶，這樣我們也可以檢測神經遞質水平的變化。”
約翰霍普金斯大學的放射學助理教授Assaf Gilad沒有參與這項工作，但是他指出，MIT團隊采用了一種“非常有創意的方法”來發展基因活動的無創實時成像。“這些基因工程報告酶可能會徹底改變我們對于許多生物學過程的理解。”
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