Luke Lavis花了数年时间在彩虹的每种颜色上开发荧光染料。超亮，持久的染料已在世界各地的实验室中使用，并帮助使诺贝尔奖得主显微镜的进步成为可能。
并非所有团队的染料都是绝对的赢家。霍华德休斯医学研究所Janelia研究园区的高级组长Lavis说，有些只是为了展示新的方法或测试出特定的假设，有时它们不会发出最适合生物成像的颜色。但对于集团领导人Eric Schreiter来说，这些“奖金”染料之一 - 一个Lavis的团队只是为了完善光谱 - 完全正确。错配染料现在是Schreiter实验室开发的强大的新脑成像工具的基石。
Janelia的科学家在8月1日的“科学”杂志网络版上报告说，这种名为Voltron的工具可以让研究人员更准确地跟踪活体动物的神经元活动，并且比以前的时间更长。Schreiter的团队将Lavis的染料与特殊工程蛋白配对，当特定神经元开启时，该蛋白会使强度发生变化，使研究人员能够检测整个大脑的神经信号。
Schreiter说，这种数据可以更容易地研究神经元协调行为的复杂方式。
在使用Voltron的实验室测试中，HHMI调查员Adam Cohen能够观察发育中斑马鱼脊髓中的神经元。“实时观察神经活动非常令人兴奋!”科恩说，他在哈佛大学工作，并没有参与这项研究。
Janelia团队已经向其他100多个实验室发送了Voltron组件，这些实验室在bioRxiv上发布预印本后请求该工具。“我们的理念是尽快使我们开发的工具尽可能广泛地开发，”Schreiter说。
可视化电压
科学家窃听神经对话有各种不完美的方法来获得他们所需的英特尔。每个神经信息都伴随着快速的电压变化：电池内部和外部之间的电荷平衡在恢复正常之前短暂地移动。
将电极 - 电线或玻璃片 - 粘贴到神经元中是测量这些电压变化的一种经典方法。但Schreiter说，连接电极可能很麻烦，并且很难同时监测许多单个神经元。
其他技术使用荧光分子来观察神经元的离子水平，或依赖荧光蛋白，荧光蛋白迅速失去光泽。相反，Voltron使用的是一种超亮合成染料，其发出的荧光比荧光蛋白高十倍。对于该领域的科学家而言，这一进步使得长期以来一直有吸引力的想法 - 直接观察活体动物神经元的电压变化 - 最终感觉实用且触手可及。
例如，Janelia集团负责人格伦·特纳(Glenn Turner)多年来一直小心翼翼地将电极插入单个果蝇脑细胞中。他说，他一直是这项技术的奉献者，但是Voltron让他一次监测多个细胞10到15分钟，没有笨重的电极 - 甚至可以区分来自邻近神经元的信号。
“对于Voltron，我离电极更近了一步，”特纳说。
贸易工具
Schreiter和Lavis对80年代卡通超级机器人的点头命名的Voltron是一个由染料分子和特殊设计的多部分蛋白质制成的模块化系统。
电压敏感染料已经使用了几十年，但在大脑中，这些分子遍布各处，产生令人困惑的荧光杂音。Schreiter说，你无法将一个神经元与另一个神经元区分开来。
相反，Voltron依赖于多部分电压敏感蛋白，这使得科学家们只能将发光靶向特定的神经元。Schreiter开始使用电压敏感蛋白质，该蛋白质位于神经元的膜中，然后添加粘性标签，与染料分子形成紧密联系。
拉维斯说，就像五个机器人狮子一起工作时形成的同名动画片中的巨型机器人一样，Voltron从各个部分获得力量，将它们组合成更大的东西。科学家们可以通过将特殊染料应用于工程设计为在某些感兴趣的神经元中具有染料吸收蛋白的动物来“形成Voltron”。
该团队设计了老鼠，苍蝇和斑马鱼的大脑，以包含这种特殊的蛋白质。来自信号神经元的电压变化改变蛋白质的行为，使染料分子变亮并以毫秒精度变暗。当科学家将这些动物放在显微镜下并照亮它们时，染料会发出可以在视频中捕获的彩色光。
Schreiter说，弄清楚如何让Voltron的不同部件一起工作会产生一些影响。Janelia的神经科学家Ahmed Abdelfattah测试了工程蛋白/染料组合的多种变化。他说，大多数人都是在培养皿中培养的细胞中工作，但其中一个尤其在活体动物中脱颖而出。这是团队一直在进行微调和测试的版本。
科学家目前可以将Voltron与光片显微镜和其他种类的光学显微镜一起使用。Schreiter和Abdelfattah希望开发一种Voltron变体，它也适用于双光子成像，一种更高分辨率的显微技术。
Abdelfattah说，Janelia的合作研究文化使得开发像Voltron这样的工具比传统大学更容易。“你们有化学家提供对于Voltron工作必不可少的染料。而且你们有生物学家渴望在同一栋建筑中测试你们的作品。反馈循环要快得多。”