莫在分子水平上以无创的方式监测由癌症和其他神经系统疾病引起的大脑变化是生物医学研究的重大挑战之一。一项仍处于实验阶段的新技术通过使用非常薄的探针将光引入老鼠的大脑来实现这一目标。这项创新成果今天发表在《自然方法》（Nature Methods）杂志上，由一位国际科学家领导包括来自西班牙国家的小组在内的一个小组国家研究委员会（CSIC）和西班牙国家癌症研究中心（CNIO）。
作者将这项新技术称为“分子灯”，因为它提供了大脑组织对光反应的化学成分的信息。这可以分析由肿瘤引起的分子变化，无论是原发性的还是转移性的，也可以分析由头部创伤等损伤引起的分子变化。
分子灯是一个不到1毫米厚的探针，尖端只有千分之一毫米（一微米），肉眼是看不见的。它可以插入大脑深处而不会造成损伤（例如，人类头发的直径在30到50微米之间）。
该探针尚未准备好用于患者；该论文的作者解释说，目前，它主要是一种“有前途的”动物模型研究工具，可以“监测由创伤性脑损伤引起的分子改变，以及高精度地检测脑转移的诊断标记”。
这项工作是由欧洲联盟NanoBright进行的，其中有两个西班牙小组参与，一个是由CSIC卡哈尔研究所神经回路实验室的Liset mensamendz de la Prida领导的，另一个是由Manuel Valiente领导的CNIO脑转移小组。这两家公司都参与了NanoBright的生物医学研究，而来自意大利理工学院和法国卡斯特勒·布罗塞尔实验室等机构的团队开发了这种仪器。
利用光线激活或记录大脑功能并不是什么新鲜事。例如，所谓的光遗传技术使光监测单个神经元的活动成为可能。然而，这需要在神经元中引入一种基因，使它们对光敏感。有了NanoBright现在提出的新技术，就有可能在事先不改变大脑的情况下研究大脑，这代表了生物医学研究的范式转变。
这种新型分子灯是基于一种叫做振动光谱学的技术，它利用了光的一种独特特性——拉曼效应。“当光与分子相互作用时，它会以一种取决于分子组成和化学结构的方式散射。这种散射产生了一种独特的信号或光谱，作为分子指纹，提供了有关被照射组织组成的详细信息，”CSIC的Liset M. de la Prida解释道。
“我们可以看到大脑中因病理或损伤而产生的任何分子变化。”
拉曼光谱已经用于神经外科，尽管是以侵入性和不太精确的方式。Valiente说：“已经研究了它在脑肿瘤患者手术中的应用。”在手术室里，一旦大部分肿瘤被手术切除，就有可能引入拉曼光谱探针来评估癌细胞是否留在该区域。也就是说，只有当大脑已经打开并且洞足够大时才使用它。但这些相对较大的‘分子灯’与活体动物模型的微创应用不兼容。”
对于CNIO小组来说，现在的一个目标是弄清楚探针提供的信息是否允许“区分不同的肿瘤实体，例如，根据突变谱、主要来源或不同类型的脑肿瘤来区分转移的类型”。
卡哈尔研究所的研究小组已经使用这项技术来研究创伤性脑损伤周围的癫痫发病区。“我们能够根据与肿瘤或创伤的关联，在容易癫痫发作的同一大脑区域识别不同的振动谱。这表明这些区域的分子阴影受到不同的影响，可以通过包括人工智能在内的自动分类算法来区分不同的病理实体，”Liset M. de la Prida解释道。
CSIC研究员Liset M. de la Prida总结道：“将振动光谱学与其他记录大脑活动的模式以及与人工智能的先进计算分析相结合，将使我们能够识别出新的高精度诊断标记，这将促进用于新生物医学应用的先进神经技术的发展。
