对于数十年来试图窥探大脑深层奥秘的科学家而言，哈佛海马体等隐藏区域始终像被迷雾笼罩的风景。来自麻省理工学院（MIT）的研究团队近日开发出革命性显微镜系统，通过将光脉冲转化为声波信号，首次实现对活体组织中NADH分子的无标记深层成像。这项被称为"多光子光声显微镜"的技术，为研究大脑代谢机制和疾病诊断开辟了新路径。
从分子层面聆听生命律动
该技术核心在于捕捉被称为NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的关键分子。作为细胞代谢的核心枢纽，NADH水平的变化能直观反映神经元活动及疾病引发的生化紊乱。传统近紫外荧光显微镜受制于100微米的成像深度，而新系统采用近红外飞秒激光脉冲激发NADH，在三光子爆破效应中产生热膨胀，进而转化为可穿透更深组织的声波信号。如同穿透晨雾的车灯，这种创新方法使成像深度突破至700微米至1.1毫米，较传统技术提升五倍以上。
研究团队通过培养的人肾肝细胞验证了系统对NADH的灵敏度，随后在小鼠脑片和人类干细胞衍生的类脑器官中刷新成像深度记录。"测试样本尺寸限制了进一步突破，"共同第一作者、机械工程博士后W. David Lee指出，"技术本身具备更深穿透的潜力。"
光声融合的多维度观测平台
这套突破性系统集成了三项前沿技术：三光子激发实现深层分子激发，光声转换增强信号采集，以及第三谐波生成技术勾勒细胞结构。皮考尔研究所共同作者Tatsuya Osaki强调："这种'多光子入、声波出'的平台，首次实现了细胞形态与代谢状态的实时双通道观测。"
在医学应用层面，该技术无需荧光标记的特点使其具备直接用于人体的潜力。研究者已通过阿尔茨海默症、瑞特综合征等疾病模型验证其诊断价值，计划在活体动物实验中验证手术监测和疾病追踪能力。MIT神经科学教授Mriganka Sur表示："单细胞分辨率下突破深度限制，意味着我们能以前所未有的视角研究学习记忆机制，以及疾病早期的代谢异常。"
目前该技术已在《光：科学与应用》期刊发表。研究获得美国国立卫生研究院、西蒙社会脑科学中心等机构支持。若活体动物实验取得成功，这项技术或将开启脑外科手术实时监测、神经退行性疾病早期干预的新纪元。
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