2022 年 8 月 1 日
麦克奈特神经科学捐赠基金 (MEFN) 宣布通过 2022 年麦克奈特神经科学技术创新奖获得 $600,000 的赠款资金，以表彰这些项目从根本上改变神经科学研究方式的能力。每个项目将在未来两年内获得总计 $200,000 的资金，推动这些用于绘制、监测和模拟大脑功能的突破性技术的开发。 2022 年获奖者及其项目：
- 华盛顿大学的 Andre Berndt 博士， 正在开发一个系统，以非常快速地创建和扫描大量的光遗传学生物传感器，以便研究人员可以更精确地识别和改进这些生物传感器以进行实验。当前的技术和资源限制将研究人员限制在仅仅探索数十或数百个生物传感器，而样本量小意味着他们无法确定是否找到了最佳选择。凭借创建和筛选数以万计的能力，他们的选择将成倍扩大。
- Ruixuan Gao，博士，伊利诺伊大学芝加哥分校， 正在对一种新型水凝胶进行化学工程改造，用于扩展显微镜的新实践——本质上是将组织样本及其组成细胞扩大到其原始大小的许多倍，以使其更易于研究。他的新型“四凝胶”和将样品固定在凝胶上的特殊分子将使其以高保真度扩展并保持稳定，从而可以更好地捕获脑组织的分子分布。
- 雪城大学的 Mirna Mihovilovic Skanata，博士， 正在开发一种用于双光子显微镜的新的高精度应用程序，该应用程序将使研究人员能够在自由行为、自由移动的幼虫果蝇中精确跟踪和光学操纵大面积的神经活动。该系统完全是非侵入性的，使用一种算法来调整幼虫的运动，并通过计算和校正动物移动时大脑的运动和变形来同时跟踪多个单个细胞。
在下面详细了解每个研究项目。
关于神经科学奖中的技术创新
自 1999 年 McKnight 神经科学技术创新奖设立以来，MEFN 通过这一奖励机制为神经科学创新技术贡献了超过 $1600 万美元。 MEFN 对采用新方法来提高操纵和分析大脑功能的能力的工作特别感兴趣。在 McKnight 支持下开发的技术最终必须提供给其他科学家。
“再次，看到我们的申请人为新的神经技术带来的独创性令人兴奋，”奖项委员会主席、Anne P. 和 Benjamin F. Biaggini 生物科学教授 Markus Meister 博士说在加州理工学院。 “我们的奖项涵盖范围广泛，从用于信号分子的新型生物传感器到在高分辨率显微镜之前扩展神经组织的巧妙方法。”
今年的评选委员会还包括 Adrienne Fairhall、Timothy Holy、Loren Looger、Mala Murthy、Alice Ting 和 Hongkui Zeng，他们从竞争激烈的 90 名申请者中选择了今年的神经科学技术创新奖。
有关奖项的更多信息，请 访问我们的网站.
2022 年 McKnight 神经科学技术创新奖
Andre Berndt，博士，华盛顿大学生物工程系助理教授
用于神经元信号传导的光遗传生物传感器的大规模并行、高通量工程
荧光的基因编码蛋白质彻底改变了脑细胞和神经回路的研究。通过在存在特定神经活动的情况下点亮，然后可以通过显微镜和活体大脑中的光纤记录下来，该工具解开了许多谜团，并使研究人员能够可视化大脑活动和神经通路。但是存在一个瓶颈：为每个实验开发和确定最佳传感器。这些编码的蛋白质需要在仅存在特定刺激的情况下发生反应，在某些情况下可能需要高度敏感，在其他情况下可能需要发出较长时间的荧光，或者实验可能需要两个传感器来查看多种神经递质相互作用。
过去，每个传感器都必须单独进行基因改造、生产和测试。也许只有几十或几百个可以比较，研究人员从小样本中选择了最好的选择——不知道是否有更好、更精确的选择。 Berndt 博士开发了一种同时开发和测试大量光遗传学生物传感器的流程，旨在每天筛选超过 10,000 个，并建立一个庞大的生物传感器库，使研究人员能够获得精确设计的蛋白质，它们可以用来运行永远-更具体的实验。
该技术使用快速基因工程来创建生物传感器的大量变体，然后将单个变体放入微孔阵列中。传感器暴露于神经肽——目前，Berndt 博士专注于配体特异性阿片类药物传感器——然后光学传感器读取微阵列，检测每个变体的亮度和其他变量，并选择最佳选项进行进一步测试。在 2 年内，将测试约 750,000 个生物传感器，并改进筛选过程，推进对大脑中阿片类药物作用的研究，并提供其他研究人员可用于实验的通用方法。
高瑞轩，博士， 伊利诺伊大学芝加哥分校化学系和生物科学系助理教授
使用由四面体状单体构成的高度均质水凝胶，利用高各向同性扩展显微镜对突触蛋白和 RNA 转录物进行亚 10 nm 空间分析
为了检查非常小的东西——比如大脑中的神经元及其突触——研究人员使用了强大的显微镜。但是还有另一种方法可以产生令人印象深刻的结果：通过一种称为膨胀显微镜的过程，使用一种特殊的可膨胀水凝胶来扩大组织样本和其中的细胞。水凝胶与细胞的不同分子成分结合并膨胀，理想情况下将所有成分保持在相同的相对位置，从而产生更大、更易于研究的样本——原则上，类似于在气球上写字，然后给它充气.
然而，目前用于这一过程的水凝胶在研究大脑中的微小结构时存在一些缺点。保持分子相对位置的误差幅度并不像期望的那样精确。可能克服这个问题的新凝胶对用于变性和处理组织样品的热量反应很差。它可以限制荧光生物标志物的使用。高博士的目标是通过开发一种新型“四凝胶”来改进技术，该凝胶经过化学工程设计，具有四面体形状的单体，在膨胀时非常均匀，耐热并允许使用生物发光标记。他还将开发化学接头，将样品的不同分子成分结合到凝胶上的特殊分子。目标是拥有一个扩展的样本，将原始样本的保真度匹配到 10 纳米以内，与强大的显微镜的分辨率相匹配。
高博士的研究已经确定了用于开发这种四凝胶的有前景的化合物。随着他的实验室对其进行开发和改进，他将把它的能力应用于研究，例如，受早发性帕金森病影响的大脑。使用传统方法研究这些大脑的确切结构一直具有挑战性，目标是精确绘制突触蛋白和相关基因转录本，帮助揭示早发性 PD 大脑的分子结构。
Mirna Mihovilovic Skanata，博士，雪城大学物理系助理教授
双光子跟踪技术可读取和操纵自由移动动物的神经模式
神经科学家的黄金标准是能够在大范围内以高精度记录和操纵大脑中发生的事情，同时活体动物的行为自由自然。多年来，技术让研究人员朝着这个理想前进，但总是做出一些妥协。通常，动物需要固定头部，和/或在其大脑中植入侵入式传感器或光学器件，并且通常高保真记录或操作仅限于大脑相对较小的区域，而基础广泛的记录和操作是不太精确。
关键挑战之一就是自由移动动物的大脑和神经元的运动和扭曲。但 Skanata 博士正在开发一种新的双光子跟踪技术，该技术允许她在没有任何侵入性植入物的情况下跟踪移动动物中的多个单个神经元，并以光学方式激活或操纵这些神经元。使用的模型是天然透明的果蝇幼虫，Skanata 博士将继续开发的系统使用双光子显微镜（允许非常精确的定位）和一种巧妙的算法，可以快速检测单个神经元的运动和调整对象在移动平台上的位置，使其在显微镜下居中。该系统计算多个神经元的相对位置，在运动过程中调整大脑的运动和变形，并在大范围内跟踪神经活动。
当跟踪经过改造的动物时，神经元在暴露于光时可以被激活时，该系统可以让研究人员在自然活动期间以高精度打开神经元。重要的是，Skanata 博士正在开发的系统具有独立控制两束激光束的能力，因此它可以同时跟踪多个区域，甚至可以跟踪个体之间的活动，从而可以深入了解群体遭遇期间的神经活动。
