在正常的新陈代谢和运动过程中，乳酸作为副产品在体内产生。虽然长期以来被认为是无用的废物，但最近的研究表明，乳酸可以作为癌症和其他各种疾病的指标。有鉴于此，监测乳酸水平可以帮助我们更好地了解能量代谢过程。
然而，目前的检测方法仅提供细胞外大量乳酸水平的记录，并且没有足够的时间分辨率来检测这些水平的实时变化。这使得确定大脑中的乳酸水平变得特别具有挑战性，因为它们的浓度低于其他代谢物。
为了提高乳酸的检测灵敏度，最近开发了一种具有高时间分辨率的乳酸传感器，称为“Laconic”。该传感器包含两种荧光化合物（或“荧光团”），称为“供体”和“受体”，并基于称为“荧光共振能量转移”(FRET) 的机制。
这些化合物发出不同波长的光，并被能够与乳酸相互作用的分子隔开。当传感器被光照射时，供体吸收能量并将其转移到受体分子。发射光的强度取决于能量转移和两个荧光团之间的距离。
当乳酸与分离荧光团的分子相互作用时，它会改变它们之间的距离，进而改变发射光的强度。因此，这些传感器可以通过观察发射光的信号强度来检测乳酸的存在。与功能性 MRI 扫描一起，这可以帮助绘制特定细胞的乳酸水平并将它们与大脑中的血流联系起来。然而，血流的变化会在测量信号中引入伪影。为了检测微量乳酸水平，有必要识别和纠正这些伪影。
在这方面，德国明斯特大学医院和法国巴黎萨克雷大学的研究人员最近研究了这些传感器如何对大脑状况做出反应，特别是对血流和血氧水平的变化。研究结果发表在《神经光子学》杂志上。
与 Laconic 一起，研究人员使用基于 FRET 的钙传感器来检查伪影。简洁的传感器在大鼠模型中进行基因编码，在感觉皮层中表达，感觉皮层是大脑接收感觉信息的部分。为了获得荧光信号，在传感器正上方植入了一根光纤，以引导光线进出被观察的大脑区域。然后在刺激感觉皮层和静脉内 (IV) 注射乳酸后测量大脑中的乳酸和钙浓度。
钙和乳酸传感器都对大脑活动的变化作出反应。在神经元（脑细胞）中表达的乳酸传感器能够检测到静脉注射引入的乳酸浓度的增加。然而，记录受到血液中血红蛋白的影响，血红蛋白也与荧光团一起吸收光。由于血流的变化改变了血红蛋白浓度，它也引起了荧光信号强度的变化。
研究人员通过使用一种校正算法对这些伪影进行了校正，该算法在荧光和 MRI 信号的同时和单独测量中去除了这些伪影。此外，他们还根据当地现场电位记录和血液分析验证了他们的测量结果。
这些结果强烈表明基于荧光的传感可能是测量活生物体中细胞特异性乳酸水平变化的有用工具，前提是对信号进行伪影校正。这可以为检测癌症和其他疾病（如炎症和自身免疫性疾病）开辟新的领域。
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