组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）、M1毒蕈碱受体激活（M1 muscarinic receptor activation）；样品基质：活体大鼠额叶皮层细胞外液/皮层组织。
检测原理
乙酰胆碱（ACh）扩散至植入位点并结合 HEK293 细胞表面 M1 毒蕈碱受体，激活 Gq/磷脂酶 C/三磷酸肌醇（IP3）通路，引起内质网钙释放和/或膜钙内流，使胞质 Ca2+ 升高。Ca2+ 结合基因编码钙指示剂 TN-XXL，改变其构象并增强青色荧光蛋白（eCFP）与黄色荧光蛋白（Citrine cp174）之间的 FRET，表现为 475 nm 青色荧光下降、530 nm 黄色荧光上升。双光子激光扫描显微镜采集两通道荧光并计算 FRET 比值 ΔR/R；ACh 浓度或 M1 受体激活增强时比值升高，M1 拮抗剂则降低信号。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
M1-CNiFERs 对 ACh 选择性高，对照 CNiFERs 对 ACh 响应低于 0.05；多数干扰神经递质 EC50 大于 1–10 µM 且相对响应低于 0.05，但去甲肾上腺素、腺苷和 VIP 可产生 0.19–0.33 交叉响应。体外可分辨间隔 6 s 的 100 nM ACh 脉冲，半升约 2 s；体内 NBM 刺激响应半升约 1 s、宽度小于 10 s，比微透析快约 100 倍。慢性植入至少 6 d，11/12 只大鼠保持功能，组织损伤小。1–5 µM 阿托品抑制 23±4%，100 µM 抑制 87±16%。奥氮平和氯氮平显著抑制 M1 响应，典型抗精神病药无影响。
传感器的构成
- 基底/换能器：HEK293 细胞（HEK293 cells），作为植入式全细胞换能器，承载受体与钙指示剂。
- 识别元件：人源 M1 毒蕈碱受体（M1 muscarinic receptor），特异性结合乙酰胆碱（ACh）并启动 Gq 信号。
- 信号换能元件：TN-XXL 基因编码钙指示剂（TN-XXL，eCFP-Citrine cp174 FRET 对），Ca2+ 结合后增强 FRET。
- 对照标记：mCherry 荧光蛋白（mCherry），用于区分不表达 M1 的对照 CNiFERs。
中文摘要
分子生物学工具与活体光学成像相结合，为无创观察脑过程提供了新机制。现有方法主要探测细胞内钙或膜电位等细胞变量，而非细胞间信号。作者开发了细胞型神经递质荧光工程报告器（CNiFERs），用于原位监测神经递质受体激活。CNiFERs 是工程化培养细胞，表达选定的代谢型受体，利用 Gq 蛋白偶联受体级联将受体活性转化为胞内钙升高，并用基因编码荧光钙传感器报告钙信号。首个 CNiFER 通过 M1 毒蕈碱受体激活检测乙酰胆碱释放。作者将 M1-CNiFERs 慢性植入成年大鼠额叶皮层，研究非典型抗精神病药氯氮平和奥氮平的毒蕈碱作用，发现这些药物强效抑制原位毒蕈碱受体活性。
英文摘要
Tools from molecular biology, combined with in vivo optical imaging techniques, provide new mechanisms for noninvasively observing brain processes. Current approaches primarily probe cell-based variables, such as cytosolic calcium or membrane potential, but not cell-to-cell signaling. We devised cell-based neurotransmitter fluorescent engineered reporters (CNiFERs) to address this challenge and monitor in situ neurotransmitter receptor activation. CNiFERs are cultured cells that are engineered to express a chosen metabotropic receptor, use the G(q) protein-coupled receptor cascade to transform receptor activity into a rise in cytosolic [Ca(2+)] and report [Ca(2+)] with a genetically encoded fluorescent Ca(2+) sensor. The initial realization of CNiFERs detected acetylcholine release via activation of M1 muscarinic receptors. We used chronic implantation of M1-CNiFERs in frontal cortex of the adult rat to elucidate the muscarinic action of the atypical neuroleptics clozapine and olanzapine. We found that these drugs potently inhibited in situ muscarinic receptor activity.