北京超微顯微鈣成像

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(mén)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(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，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?，F(xiàn)在鈣成像技術(shù)使用的鈣離子指示劑主要有化學(xué)性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。北京超微顯微鈣成像

包含鈣離子指示劑的細(xì)胞可以通過(guò)熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測(cè)，然后通過(guò)CCD攝像機(jī)捕捉、記錄圖像?，F(xiàn)在鈣成像技術(shù)主要在以下幾類神經(jīng)科學(xué)研究方面有廣泛應(yīng)用：1.記錄培養(yǎng)的神經(jīng)元的活動(dòng)。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動(dòng)。記錄神經(jīng)元的活動(dòng)。由于離體實(shí)驗(yàn)本身的限制，現(xiàn)在越來(lái)越多的神經(jīng)方面科學(xué)家傾向于做在體鈣成像實(shí)驗(yàn)，希望能得到更準(zhǔn)確且更能反應(yīng)生理狀況的數(shù)據(jù)。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進(jìn)展。4.記錄神經(jīng)元樹(shù)突和樹(shù)突棘（spine）的活動(dòng)。由于對(duì)于實(shí)驗(yàn)精度的要求，有些科學(xué)家不僅只想記錄單個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)，他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹(shù)突和樹(shù)突棘參與了某個(gè)行為，也就是說(shuō)他們需要在huoti條件下，對(duì)單根樹(shù)突以及某些spine進(jìn)行鈣成像記錄實(shí)驗(yàn)。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對(duì)樹(shù)突和樹(shù)突棘用鈣成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄也成為了可能。江蘇細(xì)胞鈣離子鈣成像動(dòng)物行為學(xué)小鼠頭戴式微型顯微鏡為后續(xù)清醒動(dòng)物腦功能鈣成像研究提供了一套可靠的顯微成像系統(tǒng)。

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(lái)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(guò)硫酸酯鍵或過(guò)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(cè)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。

對(duì)于雙光子（2P）鈣成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)大的深度限制因素，而對(duì)于三光子成像這兩個(gè)問(wèn)題大大減小，但是三光子成像由于熒光團(tuán)的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級(jí)的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強(qiáng)度的熒光信號(hào)。功能性三光子顯微鏡比結(jié)構(gòu)性三光子顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動(dòng)；需要更高的脈沖能量，以便在每個(gè)像素停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號(hào)。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠(yuǎn)程的連接。要想將神經(jīng)元活動(dòng)與行為聯(lián)系起來(lái)，需要同時(shí)監(jiān)控非常龐大且分布guangfan的神經(jīng)元的活動(dòng)，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)，就需要MPM具備對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行快速成像的能力。快速M(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)鈣是模型動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,參與細(xì)胞多種功能的調(diào)節(jié),可以產(chǎn)生多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)。

近年來(lái)出現(xiàn)了通過(guò)植入性的microscope或microlens進(jìn)行freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。如光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動(dòng)物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號(hào)被光纖收集，然后通過(guò)相機(jī)成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng)，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來(lái)觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。還有直接植入動(dòng)物大腦的微型熒光顯微鏡，將GRINlens直接植入皮層下的海馬，下丘腦，丘腦等區(qū)域，可以監(jiān)測(cè)深部腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)。這種微型顯微鏡的重量只有幾克，不會(huì)影響動(dòng)物自由活動(dòng)，可以提供800μm600μm視野和1.50μm橫向分辨率。傳統(tǒng)鈣成像實(shí)驗(yàn)要求成像的光路極為穩(wěn)定。哈爾濱光遺傳鈣成像采購(gòu)信息

鈣信號(hào)在神經(jīng)元功能調(diào)控及信息傳遞方面發(fā)揮著重要作用。北京超微顯微鈣成像

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長(zhǎng)Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號(hào)更強(qiáng)，對(duì)Ca2+的選擇性也更強(qiáng)。比率指示劑會(huì)在與Ca2+結(jié)合后會(huì)改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長(zhǎng)激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個(gè)峰組成：左側(cè)較短波長(zhǎng)的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側(cè)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過(guò)340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對(duì)應(yīng)的發(fā)射光熒光強(qiáng)度的比率，就可以對(duì)Ca2+濃度進(jìn)行定量的測(cè)量。因?yàn)镕ura-2結(jié)果準(zhǔn)確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。北京超微顯微鈣成像