生物发光成像可以对体内细胞和生化事件进行无创成像，因此已成为生物医学研究中不可或缺的技术。然而，在动物的中枢神经系统中进行生物发光仍然面临一定挑战，因为现有的萤光素酶底物在大脑中的表现相对较为欠佳。在此背景下，我们开展了这项研究，成功开发了一种适用于大脑内的纳米萤光素酶底物——cephalofurimazine（CFz）。与d-萤光素和萤火虫萤光素酶的经典生物发光分子体系相比，CFz与Antares萤光素酶搭配所产生的大脑内的光信号得到了显著提升，增加了20多倍。在标准剂量下，Antares-CFz的亮度可与当前大脑应用性能最出色的AkaLuc-AkaLumine/TokeOni生物发光分子体系相媲美，而在适度增加CFz剂量的情况下，信号甚至可以进一步提升三倍以上。这一底物的应用极大地提升了基于纳米萤光素酶的指示蛋白的灵敏度，更好地适用于动物大脑研究。借助CFz，我们成功实现了对自由行动的小鼠大脑中对Antares信号的视频速率无创成像，并展示了在特定神经元中实现了对钙活动进行无创生物发光成像。
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