乳酸(乳酸)是人体在正常代谢和运动过程中产生的副产物。虽然长期以来乳酸被认为是一种无用的废物，但最近的研究表明，乳酸可以作为癌症和其他各种疾病的指标。因此，监测乳酸水平可以帮助我们更好地了解能量代谢过程。然而，目前的检测方法仅提供细胞外乳酸水平的记录，而没有足够的时间分辨率来检测这些水平的实时变化。这使得确定大脑中的乳酸水平特别具有挑战性，因为它们的浓度低于其他代谢物。
为了提高乳酸的检测灵敏度，最近开发了一种高时间分辨率的乳酸传感器，称为“Laconic”。该传感器包含两种荧光化合物(或“荧光团”)，称为“供体”和“受体”，并基于一种称为“荧光共振能量转移”(FRET)的机制。这些化合物发出不同波长的光，并被一种能够与乳酸盐相互作用的分子分开。当传感器受到光照射时，供体吸收能量并将其传递给受体分子。发射光的强度取决于能量转移和两个荧光团之间的距离。当乳酸盐与分离荧光团的分子相互作用时，它改变了它们之间的距离，进而改变了发出的光的强度。因此，这些传感器可以通过观察发射光的信号强度来检测乳酸盐的存在。与功能性核磁共振扫描一起，这可以帮助绘制细胞特异性乳酸水平，并将其与大脑血液流动联系起来。然而，血流的变化会在测量信号中引入伪影。为了检测乳酸水平，有必要识别和纠正这些人为因素。
在这方面，来自德国大学医院Münster和法国巴黎萨克雷大学的研究人员最近研究了这些传感器如何对大脑中的条件做出反应，特别是对血流和血氧水平的变化。研究结果发表在该杂志上Neurophotonics．
与Laconic一起，研究人员使用基于fret的钙传感器来检查人工制品。Laconic传感器在大鼠模型中被基因编码，并在感觉皮层中表达，感觉皮层是大脑中接收感官信息的部分。为了获得荧光信号，在传感器上方植入一根光纤，引导光线进出被观察的大脑区域。然后在刺激感觉皮层和静脉注射乳酸盐后测量大脑中的乳酸盐和钙浓度。
钙和乳酸传感器都对大脑活动的变化做出了反应。神经元(脑细胞)中表达的乳酸传感器能够检测到静脉注射引起的乳酸浓度的增加。然而，记录受到血液中的血红蛋白的影响，血红蛋白也吸收了荧光团的光。由于血流量的变化改变了血红蛋白的浓度，它也引起了荧光信号强度的变化。研究人员通过使用一种校正算法来校正这些伪影，该算法既可以同时测量荧光信号，也可以单独测量荧光信号和MRI信号。此外，他们还根据当地的电位记录和血液分析验证了他们的测量结果。
这些结果有力地表明，基于荧光的传感可能是测量活生物体中细胞特异性乳酸水平变化的有用工具，前提是信号被校正为伪象。这可能会为癌症和其他疾病(如炎症和自身免疫疾病)的检测开辟新的领域。
参考: Lambers H, Wachsmuth L, Thomas D，等。纤维基乳酸记录与荧光共振能量传递传感器应用磁共振通知校正血流动力学伪影。一组．2022; 9(3): 032212。doi:10.1117/1. nph.9.3.032212
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