Forskare har utvecklat ett nytt bioluminiscentt bildverktyg som låter neuroner glöda inifrån, vilket möjliggör realtidsobservation av hjärnaktivitet utan externa lasrar. Denna innovation, kallad CaBLAM, övervinner begränsningar hos traditionella fluorescensmetoder genom att ge klarare och längrevariga inspelningar i levande djur. Verktyget lovar djupare insikter i neural funktion och potentiella tillämpningar bortom hjärnan.
För cirka ett decennium sedan började forskare vid Brown University utforska konceptet att belysa hjärnan inifrån med bioluminiscens. Denna idé ledde till etableringen av Bioluminescence Hub 2017 vid Carney Institute for Brain Science, finansierat av ett bidrag från National Science Foundation. Hubb:en förenade experter inklusive Christopher Moore, associerad direktör vid institutet; Diane Lipscombe, direktören; Ute Hochgeschwender från Central Michigan University; och Nathan Shaner från University of California San Diego.
Teamets genombrott är Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor, eller CaBLAM, beskrivet i en Nature Methods-studie från 2025. Shaner ledde designen av dess kärnmolekyl, som möjliggör höghastighetsfångst av aktivitet i enskilda celler eller subregioner utan externljus. Det har testats effektivt på möss och zebraräkor, med stöd för inspelningar upp till fem timmar.
"Vi började tänka: 'Tänk om vi kunde belysa hjärnan inifrån?'", förklarade Moore, och betonade skiftet från fluorescenstekniker som kräver lasrar och riskerar att skada celler genom fotobleking eller fototoxicitet. Till skillnad från det genererar bioluminiscens ljus internt via en enzymreaktion, undvikande bakgrundsbrus från vävnadsströning och producerande skarpare bilder.
"Hjärnvävnad glöder redan svagt på egen hand när den träffas av externt ljus, vilket skapar bakgrundsbrus", noterade Shaner. "Hjärnan producerar inte naturligt bioluminiscens, så när ingenjörsmässigt modifierade neuroner glöder på egen hand sticker de ut mot en mörk bakgrund."
Detta framsteg möjliggör observation av enskilda neuroner som avfyras i levande djur, avgörande för att studera komplexa beteenden och inlärning. Moore betonade dess potential: "Dessa nya molekyler har för första gången gett förmågan att se enskilda celler aktiveras oberoende, nästan som om du använder en mycket speciell och känslig filmkamera."
Projektet involverade 34 forskare från institutioner som Brown, UCLA och NYU, stödda av National Institutes of Health, NSF och Paul G. Allen Family Foundation. Bortom neurovetenskap kan CaBLAM spåra aktivitet i hela kroppen samtidigt, vilket utvidgar forskningsmöjligheterna.
