江蘇鈣成像nVoke2.0

大家都知道，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定，同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種，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）和瞬時受體電位C型通道（TRPC）等。神經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元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現(xiàn)出來，以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。通過鈣成像技術發(fā)現(xiàn)當神經元活動的時候，胞內鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。江蘇鈣成像nVoke2.0

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針與紫外光激發(fā)探針相比，可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3，F(xiàn)luo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發(fā)波長為506nm，比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結合之前幾乎無熒光，結合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右，發(fā)射波長為525～530nm。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強。上海動物神經元鈣成像inscopix專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。

使用MPM對神經元進行鈣成像時，通過隨機訪問掃描—即激光束在整個視場上的任意選定點上進行快速掃描—可以只掃描感興趣的神經元，這樣不僅避免掃描到任何未標記的神經纖維，還可以優(yōu)化激光束的掃描時間。隨機訪問掃描可以通過聲光偏轉器（AOD）來實現(xiàn)，其原理是將具有一個射頻信號的壓電傳感器粘在合適的晶體上，所產生的聲波引起周期性的折射率光柵，激光束通過光柵時發(fā)生衍射。通過射頻電信號調控聲波的強度和頻率從而可以改變衍射光的強度和方向，這樣使用1個AOD就可以實現(xiàn)一維橫向的任意點掃描，利用1對AOD，結合其他軸向掃描技術可實現(xiàn)3D的隨機訪問掃描。但是該技術對樣本的運動很敏感，易出現(xiàn)運動偽影。目前，快速光柵掃描即在FOV中進行逐行掃描，由于利用算法可以輕松解決運動偽影而被guangfan的使用。

單光子顯微技術是較成熟的熒光顯微技術，但由于其使用的激發(fā)光波長較短，成像深度有限；能量較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現(xiàn)樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現(xiàn)實時動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現(xiàn)多維成像。Derrick想重點介紹一下較為常用的觀察設備——雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術是近些年發(fā)展起來的結合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新型非線性光學成像方法,采用長波激發(fā)，能對組織進行深層次成像。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)色團對這個波段的光吸收率低，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能準確定位細胞內置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經細胞單個樹突棘中的鈣分布。鈣成像技術一出現(xiàn)，就受到了全世界神經科學家們的追捧。

鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠對大腦淺層的神經元或在離體組織上進行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行成像的時候實現(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經元突觸后長時程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運動皮層神經元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經科學領域很多研究更希望能夠對自由活動的動物進行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行freelymoving動物鈣成像的技術。如圖6中所示的光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過相機成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動，而且可以同時植入多個lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。鈣成像技術發(fā)現(xiàn)鈣離子產生各種各樣的胞內信號。浙江光遺傳鈣成像動物行為學

雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，使在實驗動物處于活動狀態(tài)下的鈣成像技術取得了飛速進展。江蘇鈣成像nVoke2.0

通過篩選天然與人工合成的融合體，在小鼠與斑馬魚幼蟲身上成功得到以為靶點的致密神經回路報告，報告顯示來自神經纖維的偽信號明顯減少，信噪比增加，神經元之間的偽影相關性降低。這些結果均說明GCaMP6f和GCaMP7f的細胞體靶向變體（Soma-GCaMP6f，Soma-GCaMP7f）對提高單光子熒光成像技術的精細性起到著重要作用。這種胞體靶向突變體對提高神經信號標記的精細性是否具有組織特異性或物種特異性呢？研究團隊針對這一問題，分別在小鼠不同腦區(qū)以及斑馬魚幼魚的整胚轉染和斑馬魚不同發(fā)育時期的信號采集等方面進行研究。江蘇鈣成像nVoke2.0

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