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傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響,只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)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(shù)的迅速發(fā)展,在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行在體成像的時候?qū)崿F(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(jīng)元突觸后長時程yizhi;觀察小鼠運動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位等等。不過,這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定,而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M行研究。鈣信號在神經(jīng)元功能調(diào)控及信息傳遞方面發(fā)揮著重要作用。深圳熒光顯微鈣成像哪里買
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(shù)。如光纖成像法: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。還有直接植入動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)測深部腦區(qū)的神經(jīng)元活動。這種微型顯微鏡的重量只有幾克,不會影響動物自由活動,可以提供800μm×600μm視野和1.50μm橫向分辨率。重慶鈣成像鈣成像技術(shù)的不斷進步,使得人們對神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有了進一步的拓展。
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。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)元的高水平串擾,導(dǎo)致信噪比降低。不僅如此,采集活動信號時還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號所污染,造成的非特異性信號,這些均嚴重影響對神經(jīng)元活動反應(yīng)的精細成像。因而,在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上,研究團隊在細胞核中表達遺傳編碼的鈣指示劑,從而消除神經(jīng)纖維信號。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比,鈣進入細胞核的要求降低了這種成像的時間精度。
鈣是機體的組成元素之一。鈣離子作為電流載體維持細胞內(nèi)外的電化學(xué)梯度,同時在細胞的生命活動中扮演著重要角色。作為第二信使,鈣參與細胞周期、細胞代謝、細胞分化、壞死、凋亡等等許多重要的生理過程。細胞內(nèi)的鈣離子水平通常很低,一般胞漿中的自由鈣約為100nM。胞內(nèi)的鈣可被各種亞細胞器所貯存,據(jù)文獻報道:其中約50%位于細胞核,30%位于線粒體,14%位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng),5%位于胞膜上,1%位于胞質(zhì)內(nèi),且因為鈣離子易與磷酸和碳酸復(fù)合物形成不溶物,故游離鈣只占[1]。細胞可以通過鈣內(nèi)流、內(nèi)鈣釋放及膜系統(tǒng)上的降鈣蛋白等一整套完整的監(jiān)控系統(tǒng)來維持細胞內(nèi)鈣的內(nèi)穩(wěn)狀態(tài)。例如與鈣內(nèi)流相關(guān)的通道例如電壓門控性鈣離子通道VDCC、受體活躍的通道RACC;與內(nèi)鈣釋放相關(guān)的受體如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體;以及降鈣相關(guān)的脂膜及線粒體上的主動運輸?shù)拟}泵系統(tǒng)等等[2]。近20年來鈣的熒光成像及測定技術(shù)發(fā)展迅速,出現(xiàn)了各種各樣的鈣熒光指示劑,結(jié)合不斷發(fā)展的顯微成像系統(tǒng),我們可以對活細胞的鈣離子進行測定及成像,進一步揭示其生理機制及相關(guān)疾病的發(fā)病機制。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光譜響應(yīng)。細胞對鈣離子有一套完備的監(jiān)控系統(tǒng)以維持鈣的內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡。
鈣離子在很多生理活動中都發(fā)揮著重要作用,除了在肌肉細胞收縮中扮演著重要的角色,鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風向標”之一:當神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化,產(chǎn)生的動作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時,細胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開,大量鈣離子內(nèi)流,包含神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡由突觸前膜釋放至后膜,下游神經(jīng)元就得以接受到上游的信號。因此,鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元動作電位,從而幫助我們了解神經(jīng)元集群的活動,可以用于感知覺,學(xué)習(xí)記憶,社會性行為等各種各樣的研究中。對于鈣離子成像來說,大多數(shù)情況下速度很重要。深圳熒光顯微鈣成像哪里買
鈣成像技術(shù)(calcium imaging)是指利用鈣離子指示劑或指示監(jiān)測組織內(nèi)鈣離子濃度的方法。深圳熒光顯微鈣成像哪里買
不論采用哪一類鈣離子指示劑,總體上成像記錄過程是非常類似的。包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測,然后通過CCD攝像機捕捉、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。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動。記錄神經(jīng)元的活動。由于離體實驗本身的限制,現(xiàn)在越來越多的神經(jīng)方面科學(xué)家傾向于做在體鈣成像實驗,希望能得到更準確且更能反應(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)在在實驗動物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進展。4.記錄神經(jīng)元樹突和樹突棘(spine)的活動。由于對于實驗精度的要求,有些科學(xué)家不僅只想記錄單個神經(jīng)元的反應(yīng),他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為,也就是說他們需要在huoti條件下,對單根樹突以及某些spine進行鈣成像記錄實驗。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,對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。深圳熒光顯微鈣成像哪里買