明亮且光稳定合成染料实现了体内电压成像

一种“错配”荧光染料，用于完善一系列染料光谱，成为霍华德休斯医学研究所Janelia研究园区开发的新型脑成像工具的基石。研究人员称，这种名为Voltron的工具可以让研究人员更准确地跟踪活体动物的神经元活动，并且可以比以往更长时间地跟踪它们。Voltron是一种模块化系统，由染料分子制成，通过标签连接到位于神经元膜上的工程化电压敏感蛋白。科学家可以通过将特殊染料应用于在感兴趣的神经元中具有染料吸收蛋白的动物工程来形成Voltron。

超亮合成染料是荧光蛋白发出光的10倍多。当特定神经元开启时，Voltron特别设计的蛋白质会导致强度发生变化，使研究人员能够检测到神经信号。该团队设计了老鼠，苍蝇和斑马鱼的大脑，以包含这种特殊的蛋白质。来自信号神经元的电压变化改变蛋白质的行为，使染料分子变亮并以毫秒精度变暗。当研究人员将动物放在显微镜下并照亮它们时，染料会发出可以在视频中捕获的彩色光。在小鼠皮质中，Voltron允许在15分钟的连续成像中同时记录来自数十个神经元的尖峰和亚阈值电压信号。在幼虫斑马鱼中，Voltron实现了尖峰时间与行为的精确关联。

Voltron让神经元在显微镜下发出荧光。当细胞电压发生变化时，荧光也会发生变化。 这让科学家知道神经元何时活动。由Ahmed Abdelfattah友情提供。

Janelia团队已经将Voltron组件发送给其他100多个实验室，这些实验室在bioRxiv上发布预印本后请求该工具。“我们的理念是尽快使我们开发的工具尽可能广泛地开发，”集团负责人Eric Schreiter说道。对于该领域的科学家来说，Voltron能够直接观察活体动物神经元的电压变化。例如，Janelia组长Glenn Turner已将电极插入单个果蝇脑细胞多年，以测量神经元的电压变化。Voltron让他一次监测多个细胞10到15分钟，没有笨重的电极。 通过Voltron，他甚至可以区分来自邻近神经元的信号。

使用Voltron标记小鼠神经元（黄点）。叠加显示使用工具测量的电压信号，尖峰表示神经元已发送消息。由ondrej Novak友情提供。

科学家目前可以将Voltron与光片显微镜和其他种类的光学显微镜一起使用。 Schreiter和神经科学家Ahmed Abdelfattah希望开发一种Voltron变体，它可以用于双光子成像，这是一种更高分辨率的显微技术。