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目前可用的指示劑較多,根據(jù)熒光光譜、與鈣離子親和力及其化學(xué)特性的不同大致分為化學(xué)性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。前者指可特異性與鈣離子結(jié)合的小分子,常用的有fura-2、indo-1等;而后者主要指來源于綠色熒光蛋白GFP及其變異體的蛋白質(zhì),可與鈣調(diào)蛋白和肌球蛋白輕鏈激酶M13域結(jié)合,常用的有GCaMP、TN-XXL等,其中GCaMP5G和GCaMP6被廣泛應(yīng)用于在體鈣成像研究中。生物熒光蛋白:Aequorin是水母熒光素(coelenterazine)通過硫酸酯鍵或過氧化鍵緊緊連到脫輔水母發(fā)光蛋白上形成的,遇到鈣離子就發(fā)出470nm藍(lán)光,可以作為鈣離子的檢測試劑;化學(xué)鈣離子指示劑:Fura-2可在紫外光下被jihuo且發(fā)射出505-520nm光;基于FRET的基因編碼的鈣指示劑;單個(gè)熒光基因編碼的鈣指示劑。通過鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)候,胞內(nèi)鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。細(xì)胞鈣離子鈣成像代理
鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA,APTRA,BAPTA的衍生物,它們可以結(jié)合鈣離子從而顯示一個(gè)光譜響應(yīng),使研究者可以用熒光顯微鏡來觀察細(xì)胞內(nèi)的自由鈣的濃度。熒光顯微鏡可以使用普通的倒置熒光顯微鏡來進(jìn)行鈣信號(hào)的測定和成像。并可結(jié)合電生理設(shè)備、活細(xì)胞培養(yǎng)裝置等,適用于大強(qiáng)度、廣范圍的鈣信號(hào)測定。共聚焦顯微系統(tǒng),共聚焦以激光為光源,且可配備氬離子光源,可以選擇可見光激發(fā)的鈣指示劑,進(jìn)行層掃,相比普通熒光顯微鏡有更好的空間分辨率。并且共聚焦除了配備大視野掃描鏡更可配置共振掃描振鏡,以滿足更高速成像應(yīng)用的需求。雙光子顯微系統(tǒng)使用長波長來激發(fā)熒光指示劑,具有較低的細(xì)胞毒性,也可適用于紫外激發(fā)的鈣指示劑,且可獲得和單光子共聚焦系統(tǒng)類似的空間分辨率。小結(jié)綜上可見,在研究鈣信號(hào)時(shí),可結(jié)合樣品自身特點(diǎn)來選擇相應(yīng)的鈣指示劑,并考慮既有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,來確定具體的實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)還需進(jìn)一步摸索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正、控制等多種影響因素,可獲得可靠的圖像及熒光定量數(shù)據(jù)。重慶神經(jīng)細(xì)胞鈣成像聯(lián)系方式鈣信號(hào)發(fā)揮著高度特異性的功能。
在神經(jīng)系統(tǒng)研究中,我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化,以反映神經(jīng)元的活動(dòng)。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種,其中后者是研究腦神經(jīng)活動(dòng)的常用方法。但與雙光子成像相比,單光子成像更易受到來自神經(jīng)元的高水平串?dāng)_,導(dǎo)致信噪比降低。不僅如此,采集活動(dòng)信號(hào)時(shí)還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號(hào)所污染,造成的非特異性信號(hào),這些均嚴(yán)重影響對神經(jīng)元活動(dòng)反應(yīng)的精細(xì)成像。因而,在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞核中表達(dá)遺傳編碼的鈣指示劑,從而消除神經(jīng)纖維信號(hào)。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比,鈣進(jìn)入細(xì)胞核的要求降低了這種成像的時(shí)間精度。
雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長波激發(fā),能對組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm,而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對這個(gè)波段的光吸收率低,此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品,因此背景第,光損傷小,適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置,從而觀察胞體、樹突甚至單個(gè)樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的gaofen辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個(gè)樹突棘中的鈣分布。鈣成像技術(shù)的不斷進(jìn)步,使得人們對神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有了進(jìn)一步的拓展。
霍華德休斯頓醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)ScottSternson課題組研究了影響這種源源不斷的食欲的神經(jīng)機(jī)制。他們通過使用Inscopix小顯微鏡觀察小鼠腦干區(qū)域的神經(jīng)元,發(fā)現(xiàn)貪念美食的小鼠可能是因?yàn)樘厥獾拇竽X區(qū)域?qū)γ朗澈湍滩璞绕渌∈蟾用舾小1灸軙?huì)驅(qū)使我們在感到饑餓和干渴的時(shí)候?qū)ふ沂澄?,在找到食物或水時(shí)通過眼睛看、鼻子聞、嘴巴嘗等方式來感受和決定要不要吃,吃到一定程度產(chǎn)生滿足感(或是吃了還想吃的不滿足感)。因此,要把大腦中匯集的關(guān)于吃喝的各類信號(hào)分清楚,并找出控制不同吃喝行為的神經(jīng)環(huán)路無疑是很有挑戰(zhàn)的任務(wù)。ScottSternson博士的研究團(tuán)隊(duì)在小鼠大腦中尋找饑餓和干渴神經(jīng)環(huán)路共存的腦區(qū)。他們注意到,腦干的藍(lán)斑區(qū)(locuscoeruleus)附近有一群谷氨酸能神經(jīng)元(被稱為periLC神經(jīng)元),參與進(jìn)食和飲水的行為,是餓和渴的匯聚點(diǎn)。為了研究這些神經(jīng)細(xì)胞的功能,研究小組開發(fā)了一種技術(shù),可以讓小鼠在自由活動(dòng)的同時(shí),通過Inscopix自由活動(dòng)鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動(dòng)。這項(xiàng)研究的作者龔蓉博士表示,解決這個(gè)技術(shù)是此項(xiàng)研究的關(guān)鍵。功能性多神經(jīng)元鈣成像是一種通過記錄神經(jīng)元內(nèi)Ca2+信號(hào)變化,監(jiān)測大量神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏墓鈱W(xué)記錄技術(shù)。重慶熒光顯微鈣成像nVoke2.0
神經(jīng)元鈣成像的原理是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來。細(xì)胞鈣離子鈣成像代理
細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號(hào)分子其作用具有時(shí)間性和空間性。當(dāng)di1個(gè)細(xì)胞興奮時(shí),產(chǎn)生了一個(gè)電沖動(dòng),此時(shí),細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi),促使該細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì),神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合,促使這一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動(dòng)。以此類推,神經(jīng)信號(hào)便一級(jí)一級(jí)地傳遞下去,從而構(gòu)成復(fù)雜的信號(hào)體系,*終形成學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級(jí)功能。在哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中,鈣離子同樣扮演著重要的信號(hào)分子的角色。靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,而細(xì)胞興奮時(shí)鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍,增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程必不可少。眾所周知,只有游離鈣才具有生物學(xué)活性,而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定,同時(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時(shí)受體電位C型通道(TRPC)等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來,以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。細(xì)胞鈣離子鈣成像代理