如今，科学家们通过一项新的研究，成功开发了一种创新的生物发光成像技术。这项技术为科研人员提供了小鼠大脑内部氧气分布与流动的详细且引人入胜的视觉图像。这种易于复制的技术革新有望为科学家们更准确地研究大脑缺氧状况，如中风或心脏病发作引起的缺氧，提供有力支持。此外，这项技术还揭示了久坐生活方式为何可能增加患阿尔茨海默病等疾病的风险。
相关研究成果已在2024年3月29日的《科学》期刊上发表，论文标题为“小鼠大脑皮层缺氧区域的氧气成像”。
论文的共同通讯(http://www.maoyihang.com/sell/l_25/)作者、罗切斯特大学和哥本哈根大学神经医学转化中心的联合主任Maiken Nedergaard表示：“这项开创性的研究使我们能够连续监测大脑大面积区域内氧气浓度的细微变化，从而揭示大脑内部实时发生的复杂情境。我们能够识别出以往未曾察觉的临时性缺氧区域，这些区域可能反映出血流变化，进而可能诱发神经功能障碍。”
这项研究的灵感来源于萤火虫的生物发光蛋白。科学家们利用这种发光蛋白的化学(http://www.maoyihang.com/sell/l_9/)衍生物，通过病毒载体将编码发光蛋白酶的指令导入细胞。当这种酶与名为furimazine的底物相遇时，会触发化学反应产生光。
有趣的是，这项用于大脑氧气成像的新技术源于一次意外的科学发现。哥本哈根大学神经医学转化中心的助理教授Felix Beinlich博士原本打算使用发光蛋白GeNL来探测大脑中的钙活动，但实验过程中遭遇生产错误，导致研究进程受阻。在等待新试剂供应(http://www.maoyihang.com/sell/)期间，Beinlich博士决定继续推进实验，并意外地发现，生物发光强度的波动反映了氧气的存在和浓度。他说：“在这种情况下，化学反应依赖于氧气，因此，当酶、底物和氧气同时存在时，这种监测系统就会发光。”
相较于传统氧气监测技术只能获取大脑微小范围的数据，这项新研究实现了对小鼠大脑皮层大面积实时动态的观测。研究团队发现，生物发光的强度与氧气浓度成正比，并通过调整小鼠呼吸空气中氧气含量进行了验证。此外，他们还观察到生物发光强度的变化与大脑的感觉处理活动同步，例如当小鼠的胡须受到外界气流刺激时，对应的大脑区域会发出明亮的光芒。
然而，科学家们之前从未关注过大脑极其微小的局部区域短暂缺氧的后果。Nedergaard团队在观察小鼠时，首次注意到大脑中某些微小区域会出现短暂的暗淡，意味着氧气供应暂时中断，这种情况可持续几分钟。经过深入研究，他们确认这些缺氧现象是由毛细血管阻滞引起的，即白细胞暂时阻断微血管，阻碍载氧红细胞通过。他们将这种短暂缺氧区域定义为“缺氧口袋”，并发现，在休息状态下，特别是在老龄小鼠和阿尔茨海默病模型动物中，这种现象更为常见。
Nedergaard表示：“如今，我们打开了一扇研究大脑缺氧相关疾病的大门，包括阿尔茨海默病、血管性痴呆和长新冠等。我们可以研究久坐不动的生活方式、衰老、高血压和其他因素是如何导致这些疾病的。此外，这项新技术还为测试可能改善血管健康和延缓痴呆症发生的药物和运动(http://www.maoyihang.com/sell/l_35/)类型提供了有力工具(http://www.maoyihang.com/sell/l_5/)。”
