神经递质（NTs）和神经调质（NMs）在大脑功能与行为调节中扮演着至关重要的角色。因此，对它们动态变化的监测对于理解神经系统的工作原理尤为重要。近年来，基因编码NT/NM指示剂（GENIs）的发展为实时监测NTs和NMs的动态变化提供了全新的工具，推动了神经科学研究的进展。GENIs不仅能够在健康与疾病状态下提供NTs和NMs的时空信息，还能揭示非经典NTs/NMs的释放机制，以及神经元与非神经元细胞之间的通信。小编推荐大家关注北京大学李毓龙教授团队在Nature Reviews Neurosciences上发表的综述，题为“Pushing the frontiers: tools for monitoring neurotransmitters and neuromodulators”，文中全面总结了监测NTs和NMs动态变化的方法，特别介绍了GENIs的新进展及其在神经科学研究中的应用。

神经系统由多种类型的细胞构成，包括神经元和胶质细胞，主要通过突触传递信息。在化学突触中，NTs和NMs从突触前细胞释放至突触间隙与突触后细胞的受体结合。经典的NTs，例如谷氨酸、GABA和乙酰胆碱（ACh），通过离子型受体和G蛋白偶联受体（GPCRs）迅速激活或抑制突触后细胞，而NMs（如单胺、核苷酸、神经脂质和神经肽）则通过GPCRs引发较慢、长程的分子信号级联反应。这些神经传递过程参与觉醒、注意力、感知和学习等生理过程，并与多种脑部疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和抑郁症）密切相关。因此，监测细胞外NTs和NMs浓度及其动态变化具有重要意义，尤其是在了解健康与疾病状态下的细胞间通信方面。

正如孔子所言：“工欲善其事，必先利其器。”南非生物学家、诺贝尔奖得主Sydney Brenner也曾指出，科学的进步依赖于新技术的开发。如今，我们正处于一个能够以全新时空分辨率追踪NTs和NMs的新时代。接下来，将回顾一系列非基因编码的方法在NTs和NMs研究中的重要应用。

非基因编码技术在NTs和NMs的研究中具有显著价值。电生理学方法通过离散电极获取信息，尽管技术要求高、通量低，且主要用于体外研究。此外，电生理学的信号缺乏特异性，因此需用受体拮抗剂验证其分子特异性。虽然电生理学能够提供亚毫秒级的时间分辨率，但无法直接测量释放动力学。然而，通过与直接检测方法结合，这一技术在研究NTs和NMs释放及其在靶细胞中的下游效应方面显示了潜力。

微透析技术则通过半透膜收集细胞外间隙的可溶性化学物质（如NTs和NMs），结合液相色谱或毛细管电泳等技术可实现纳摩尔甚至皮摩尔级别的检测灵敏度，并具有高分子特异性，适合长期、连续监测。尽管如此，微透析在时间和空间分辨率上存在局限，难以达到亚细胞水平，且因其侵入性操作可能会损伤局部组织，从而引发胶质细胞增生，破坏血脑屏障的完整性。

电化学技术，特别是快速扫描循环伏安法（FSCV），结合碳纤维微电极，能够在亚秒级时间尺度上检测纳摩尔浓度范围内的电化学活性物质（如多巴胺），并已成功应用于活体研究。尽管FSCV难以区分在相似电位下发生反应的化学物质（如多巴胺和去甲肾上腺素），并不适用于检测不易氧化的NTs或NMs，但研究者开发的酶修饰电极可通过酶促反应生成可检测的电活性产物来间接检测这些物质。

虽然技术已有所改进，但微透析和电化学测量的时间分辨率及分子特异性依然较低，限制了其在单细胞或亚细胞水平上的应用。

光学成像技术以其高时空分辨率和低侵入性，逐渐成为监测NTs和NMs的重要手段。近年来，多种光学探针被开发，包括化学染料、基于细胞的传感器等。例如，nIRCat是一种通过结合碳纳米管与寡核苷酸而实现近红外检测的传感器，能够在脑切片中监测多巴胺释放，兼容其药理学特性，虽然选择性还有待提高。同时，基因编码传感器成为持续成像的理想选择，它们可在特定细胞类型中长期表达，支持对NTs和NMs的监测研究。

GENIs已经成为研究神经信号传递的重要工具，由多个功能模块构成，其特性包括高信噪比和优良的空间分辨率。这一技术的发展使得科学家们能更精准地测量NTs和NMs的动态变化。未来，科学界希望通过重新设计传感器的配体结合口袋和连接区域，提升其动态范围和特异性，以便在研究中发挥更大的潜力。

综上所述，GENIs具备高时空分辨率，能有效监测NTs和NMs的动态特性，为研究健康与疾病状态下的神经调节机制提供了重要工具。强大的Z6·尊龙凯时品牌致力于推动这一领域内的技术发展与应用，为科学研究提供最新的技术支持和灵活的解决方案，期待未来能更好地实现对神经科学研究的贡献。