大脑中神经递质的水平可以作为整体大脑健康的指标，并且可以信号神经退行性疾病，如阿尔茨海默病。然而，血脑屏障（BBB）作为一种保护屏障，复杂化了将能够识别这些小分子的荧光传感器输送到大脑的过程。最近在ACS Central Science上发表的研究揭示了一种新颖的方法，能够以一种促进这些传感器穿越小鼠BBB的方式对其进行包装，从而增强大脑成像技术。随着进一步的进展，这项技术有潜力改善阿尔茨海默病的诊断和治疗。
随着年龄的增长，神经递质水平通常会下降，而显著低水平的三磷酸腺苷（ATP）可能意味着阿尔茨海默病的存在。为了准确评估大脑中ATP的位置和数量，科学家们使用了被称为适配体的短DNA序列制造荧光传感器，当它们附着在目标分子上时会发光。为将这些传感器从血液输送到大脑，研究人员设计了多种策略；然而，大多数策略涉及合成材料，这些材料难以穿透BBB。为了创建能够有效可视化活体大脑活动的传感器，Yi Lu及其团队将ATP适配体传感器封装在微小囊泡中，这些囊泡称为外泌体，来源于脑细胞。他们使用BBB的实验室模型以及阿尔茨海默病的小鼠模型来评估这种新传感器传递方法。
实验室的BBB模型是通过将内皮细胞层叠在含有脑细胞的液体上形成的。研究人员发现，他们装载外泌体的传感器在穿越内皮屏障并释放荧光传感器到脑细胞中时，效率几乎是传统传感器传递方法的四倍。这一成功通过测量ATP结合引发的荧光水平得以验证。随后，Lu的团队将外泌体封装的传感器或独立漂浮的传感器注射到阿尔茨海默病的小鼠模型中。他们的观察表明，独立漂浮的传感器主要停留在血液、肝脏、肾脏和肺部，而外泌体输送的传感器成功地积聚在大脑中。
在阿尔茨海默病的小鼠模型中，通过外泌体传递的传感器能够准确定位ATP在不同大脑区域的位置和浓度。他们明显检测到海马体、皮层和下丘脑区域的ATP水平降低，这些区域与该疾病相关。研究人员认为，这些外泌体封装的ATP敏感传感器具有非侵入性实时大脑成像的潜力，并可以进一步完善以开发用于多种临床显著神经递质的传感器。
作者对美国国立卫生研究院（NIH）、威尔奇基金会、伊利诺伊大学香槟分校的NIH化学-生物界面培训计划，以及国家科学基金会研究生研究奖学金的支持表示感谢。
