神经递质（NTs）和神经调质（NMs）在大脑的生理功能和行为调控中扮演着重要角色，监测它们的动态变化对于深入了解神经系统的运作至关重要。近年来，基因编码的神经递质/神经调质指示剂（GENIs）的开发为实时监测NTs和NMs的动态变化提供了创新工具，推动了神经科学的研究进展。GENIs能够在健康和疾病状态下提供NTs和NMs的时空信息，揭示非经典NTs/NMs的释放机制，以及神经元与其他细胞之间的相互通信。

小编在此推荐北京大学李毓龙教授团队在《Nature Reviews Neurosciences》上发表的综述文章《Pushing the Frontiers: Tools for Monitoring Neurotransmitters and Neuromodulators》。该文全面总结了监测NTs和NMs动态变化的多种方法，尤其重点介绍了GENIs的新进展及其在神经科学研究中的广泛应用。文章深入探讨了GENIs的设计原则、特性、应用前景以及所面临的挑战，为神经科学研究提供了重要的参考与启示。

神经系统由神经元和胶质细胞等多种细胞构成，信息主要通过突触进行传递。在化学突触中，NTs和NMs从突触前细胞释放到突触间隙，与突触后细胞的受体结合。经典的NTs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）快速激活或抑制突触后细胞，而NMs（如单胺类、核苷酸、神经脂质和神经肽）则通过GPCRs引发相对缓慢、广泛的分子信号反应。这些化学信号参与了觉醒、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、抑郁症等）关联密切。因此，精准监测细胞外NTs和NMs的浓度动态变化，对于理解健康与疾病状态下细胞间通信的机制至关重要。

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亦曾指出，科学进步依赖于新技术的创新。目前，我们正身处一个能以全新的时空分辨率追踪NTs和NMs的新时代。接下来，我们将回顾一系列非基因编码的方法，这些方法在NTs和NMs的研究中扮演了重要角色。

电生理学方法能够通过离散电极获取信息，但其技术要求较高、通量低，主要用于体外研究。此外，电生理法的读出信号（电流或膜电位）缺乏特异性，需用药物拮抗剂验证分子特异性。尽管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NTs和NMs的释放动力学。微透析技术则通过半透膜收集细胞外间隙的可溶性物质，结合液相色谱或毛细管电泳等技术实现高分子特异性和灵敏度，但时间分辨率较低。电化学技术，特别是快速扫描循环伏安法（FSCV），能够在亚秒级时间尺度内探测电化学活性物质，已成功应用于活体研究，但对相似化学物质的区分仍面临挑战。

光学成像方法因其高时空分辨率和低侵入性而成为检测NTs和NMs的重要工具。近年来，开发了多种光学探针，如化学染料、细胞基传感器及基于纳米材料的传感器。例如，nIRCat作为一种荧光纳米传感器实现了对儿茶酚胺的近红外检测，能够在脑切片中监测DA的释放。然而，这些工具在递送和特异性检测方面仍面临挑战。

基因编码传感器的发展为NTs和NMs的持续成像提供了新的选择。GENIs的组成包括配体结合模块与荧光模块，能够通过配体结合诱导结构变化来改变荧光信号。根据配体结合模块的类型，GENIs可分为基于细菌周质结合蛋白（PBP）与基于GPCR的传感器。尽管技术有所进步，但GENIs在活体中动态检测内源性NT/NM的能力仍需进一步验证。

随着GENIs的快速扩大，相关工具箱不断丰富，现有的成像设备可用于NTs和NMs信号的检测。根据GENIs的灵敏度、选择性、动力学特性和药理学特性，选择合适的工具对于研究至关重要。虽然GENIs面临表征和生物相容性等挑战，但其在解读神经信号方面的潜力巨大。未来，结合其他工具，如光学传感器和基因编辑技术，有望推进神经科学研究的深度与广度。

总之，GENIs为研究NTs和NMs在细胞、组织和活体内的动态特性提供了灵活的工具，揭示它们在健康与疾病状态下的时空变化。强大的信号传递网络在神经科学研究中正发挥着越来越重要的作用。我们期待与广大科研人员合作，推动这一领域的发展，并希望通过金年会金字招牌诚信至上为您的研究提供更多支持与服务。