变色的小鼠模型使研究人员可以非侵入性研究深层组织
杜克大学和阿尔伯特·爱因斯坦医学院的生物医学和遗传工程师已经开发了一个过程来改变成像中小鼠组织的颜色，以更好地可视化其内部生理学。
该方法将帮助研究人员隔离并删除强大的来源背景噪音在生物医学图像，让他们前所未有的观察，影响和形象生物过程迅速开发的成像技术称为光声成像。这项研究于5月19日出现在杂志自然通讯。
顾名思义，光声成像（PA）使用光和声音来捕获整个身体的细胞，器官和其他组织的详细图像。成像过程将激光爆发带入组织深处，导致细胞加热并瞬时扩展。这会产生一个超声波波，该波浪提供有关靶向组织和细胞的结构和组成的信息，可以转化为高分辨率图像。
但是，尽管光声成像的超声组件使工程师比传统成像更深入组织，但它也引入了一个问题：背景噪声。
杜克大学生物医学工程助理教授Junjie Yao说：“如果我们想像肿瘤的生长或缩小一样，我们很难看到任何重要的东西，因为背景超声信号会流血淹没。”“这就像试图在白天观察星星一样 - 太阳的光超过了所有其他光源。”
新的基因工程鼠标模型由爱因斯坦遗传学教授Yao和Vladislav Verkhusha开发，为研究人员提供了一种有效的方法来隔离和消除这种背景噪声。
为此，Verkhusha和他的团队在其小鼠模型的细胞中引入了一个专业的，光敏的光感受器，称为BPHP1。通常在细菌中发现的BPHP1通常被用作基于光的研究工具，因为当它被特定波长击中时，它可以在静音和活跃状态之间切换。这些光敏蛋白对于光声成像很有用，因为它们可以与biliverdin特别结合，这是一种在组织中出现的分子，但很少出现在血细胞。
一旦将这些蛋白质遗传到其小鼠模型中，该团队用红光的特定波长照亮了整个动物。这种光爆发激活了BPH1，导致鼠标改变颜色。接下来，他们在鼠标上发光了近红外光的波长，导致BPHP1返回其沉默状态。尽管肉眼不可见颜色的变化，但可以使用光声成像观察到。
Yao说：“血液不会表达这种变色的能力，因此，当我们在两种颜色之间来回切换动物时，我们知道血液中的背景噪音不会改变。”“突然，噪声成为图像的恒定组成部分，我们可以使用简单的数据处理方法将其删除。此过程使我们的成像系统数量级更加敏感。”
作为概念的证明，团队对肝脏，胃，脾脏和肠子进行了成像，以显示模型中不同的器官如何表达感光器。他们看到，尽管所有器官的表现都比标准PA更清晰，但脾脏和肝脏特别精确，因为它们自然具有更高的biliverdin分子水平，以使BPHP1与BPHP1结合。这种改进的细节使团队能够更精确地监视肝脏再生等变化，并跟踪不同蛋白质输送方法的功效。
新技术还使团队在小鼠中更好地研究妊娠，因为BPHP1可以直接与胚胎结合。该团队能够使用PA从周围的脉管系统和孕产妇器官中精确识别七个胚胎。
Yao和Verkhusha期待扩大其鼠标模型的用途。探索的一种途径涉及研究对癌症疗法的免疫反应。YAO假设他们可以将BPHP1添加到癌细胞或免疫细胞中，并观察它们通过身体的迁移及其对治疗的反应。
在成像之外，Verkhusha和他的团队将继续探索他们的模型如何贡献光遗传学研究，涉及使用光控制细胞活动。
Yao说：“对我来说，这个项目是生物化学和成像之间的良好婚姻。”“改变颜色的鼠标的想法本身确实令人兴奋，但是我很乐观，我们可以使用这只鼠标来做一些魔术。”
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