诺奖之光｜从光遗传学，看 MMI 激光显微切割如何实现单细胞精准捕获

2026 年诺贝尔生理学或医学奖，授予 Karl Deisseroth、Peter Hegemann、Georg Nagel，表彰他们在光门控离子通道与光遗传学的重大发现。

20 世纪 90 年代，在单细胞莱茵衣藻中，发现了通道视紫红质（Channelrhodopsin, ChR）。

2005 年，团队成功实现：蓝光照射 → 神经元上的通道视紫红质打开 → 离子流入 → 神经元可控激活。

原图出处：https://2010.igem.org/Team:SJTU-BioX-Shanghai/project

光遗传学+MMI，一套组合拳，解锁神经环路原位分子机制

光遗传学实现了活体层面的时空精准操控，但功能做完之后，科学家自然会追问：被激活 / 抑制的这一群神经元，内部分子层面发生了哪些改变？基因、转录、蛋白、代谢如何变化？

光遗传学研究的痛点：能操控，但是很难单独拿到被操控的那一类细胞做分子检测。因此，研究人员需要强大的工具MMI CellCut，从复杂样本中精准获取目标细胞。

MMI CellCut 优势

1. 荧光原位识别，精准捕获光遗传标记阳性神经元

2. 保留空间原位信息，解析神经环路空间异质性

3. 355nm 低损伤激光切割，保护 RNA / 蛋白完整性

4. 单细胞 / 少量细胞簇无直接接触收集，保护样本

5. 可视化确认收集目标，保证收集效率

案例1

Distinct reward processing by subregions of the nucleus accumbens（Cell Reports, 2023)，研究伏隔核奖赏编码，首先用钙成像和光遗传发现：伏隔核外侧亚区介导奖赏趋近，内侧亚区介导回避。

利用 MMI CellCut 激光显微切割，精准切取冰冻脑切片的两个亚区组织，结合 Geo-seq 低起始量转录组，鉴定出各自的代表性神经元亚群。

• NAcLat 代表：Nts 阳性神经元。光遗传学激活这些神经元能促进正向强化。

• NAcMed 代表：Cartpt 阳性神经元。激活这些神经元则会诱导厌恶行为。

最后，用光遗传学手段去验证，

结果：激活 Nts阳性神经元促进了正向强化行为；而激活 Cartpt 阳性神经元则诱导了行为厌恶。这两个方向相反的行为结果，正好印证了空间转录组所提示的两个亚区功能上的对立。

案例2

Stress deficits in reward behaviour are associated with and replicated by dysregulated amygdala-nucleus accumbens pathway function in mice（Communications Biology，2023），以小鼠慢性社交应激（CSS）模型为对象，聚焦杏仁核（BLA）→伏隔核（NAc）神经通路，研究应激导致奖赏行为受损的神经机制。

1. 伏隔核（NAc）注射荧光逆行示踪剂，投射神经元被标记；

2. 10um冰冻切片，MMI CellCut 在荧光视野识别BLA→NAc 投射神经元，紫外激光沿细胞轮廓切割；

3. 共收集 500 个 BA→NAc 投射谷氨酸神经元，可检出 > 13000 个基因；

4. CSS应激组 vs 对照组：共 66 个差异基因；64 个上调，2 个下调，其中CRHR1 显著上调。

总结

光遗传在动物体内操控神经环路，看行为变化，解决功能因果；而 MMI CellCut 在切片上精准捕获这群有功能的神经元，做转录组，找到背后的分子机制。二者结合，把环路功能和分子信息关联起来，形成完整研究闭环。

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