醫(yī)生通常使用核磁共振成像（MRI）來自診斷腫瘤、中風(fēng)損傷和其他許多疾病。神經(jīng)科學(xué)家也依賴它作為研究工具，識別執(zhí)行不同認(rèn)知功能的大腦區(qū)域。另外，磁共振可視納米基因載體研究獲進(jìn)展。

目前，麻省理工學(xué)院（MIT）的生物工程學(xué)家嘗試在更小尺度上使用MRI，將活體動(dòng)物大腦內(nèi)的基因活動(dòng)可視化。本研究的指導(dǎo)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(xué)家們對“基因如何控制形成記憶和學(xué)習(xí)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(huì)員，他說：“分子影像學(xué)的夢想是，在分子水平上提供完整生物體的生物學(xué)信息。我們的目標(biāo)是無須切開大腦，但是能真正看到里面正在發(fā)生的事情。”

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Jasanoff和同事們開發(fā)了一種新方法，能夠?qū)⒁粋€(gè)“報(bào)告基因”影像化，這個(gè)人造基因可打開或關(guān)閉體內(nèi)的信號事件，很像是一輛汽車儀表板上的指示燈。在這項(xiàng)新研究中，該報(bào)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(fā)表的一篇論文，詳細(xì)描述了這種方法，可讓研究人員能夠確定該報(bào)告基因在何時(shí)何地被打開。

一個(gè)開/關(guān)開關(guān)

MRI使用可與體內(nèi)質(zhì)子相互作用的磁場和無線電波，產(chǎn)生體內(nèi)的詳細(xì)圖像。在大腦研究中，神經(jīng)學(xué)家們通常使用功能MRI來測量血液流動(dòng)，揭示出大腦執(zhí)行特定任務(wù)期間哪一部分處于活躍狀態(tài)。在掃描其他器官時(shí)，醫(yī)生有時(shí)候會(huì)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(bào)告基因，這個(gè)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(jìn)行設(shè)計(jì)，使其易溶于水，易排出體外，難以被MRI檢測。然而，當(dāng)工程酶（稱為SEAP）從錳卟啉上切割磷酸分子時(shí)，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(fā)現(xiàn)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(xì)胞內(nèi)，研究人員能夠?qū)⑦@個(gè)基因并入自身基因組。然后，腦細(xì)胞開始生產(chǎn)SEAP蛋白，它由細(xì)胞分泌并錨定在外表面。Jasanoff稱，這非常的重要，因?yàn)檫@表示造影劑不需要穿透細(xì)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(kuò)散至大腦，但是僅積累在生產(chǎn)SEAP蛋白的細(xì)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(xiàng)研究的目的是檢測這種方法，檢測系統(tǒng)僅僅揭示出SEAP 基因是否已經(jīng)被成功并入腦細(xì)胞。然而，在未來的研究中，研究人員打算設(shè)計(jì)SEAP基因，使其只在一個(gè)特定目的基因打開時(shí)才處于活躍狀態(tài)。

Jasanoff第一個(gè)計(jì)劃是，將SEAP基因與所謂的“早期直接基因”聯(lián)系起來，后者對于大腦可塑性——神經(jīng)元之間的聯(lián)系減弱或增強(qiáng)，對于學(xué)習(xí)和記憶至關(guān)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(nèi)基因表達(dá)的模式。我們也會(huì)想象，在報(bào)告酶與神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合時(shí)打開和關(guān)閉這種酶，這樣我們也可以檢測神經(jīng)遞質(zhì)水平的變化。”

約翰霍普金斯大學(xué)的放射學(xué)助理教授Assaf Gilad沒有參與這項(xiàng)工作，但是他指出，MIT團(tuán)隊(duì)采用了一種“非常有創(chuàng)意的方法”來發(fā)展基因活動(dòng)的無創(chuàng)實(shí)時(shí)成像。“這些基因工程報(bào)告酶可能會(huì)徹底改變我們對于許多生物學(xué)過程的理解。”