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來源: 發(fā)布時間:2024-09-14

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(xì)胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測,然后通過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。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(shí)驗(yàn)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(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)元樹突和樹突棘(spine)的活動。由于對于實(shí)驗(yàn)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(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,對樹突和樹突棘用鈣成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)行記錄也成為了可能。鈣成像技術(shù)利用鈣離子流的優(yōu)勢在活神經(jīng)細(xì)胞上直接可視化鈣信號。北京在體鈣成像nVoke

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隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一,它的主要原理是將外源性熒光信號和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度,通過這個變化來daibiao細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時間和空間上的傳遞穿梭。北京在體鈣成像nVoke細(xì)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。

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細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當(dāng)個細(xì)胞興奮時,產(chǎn)生了一個電沖動,此時,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)與相鄰的下一級神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合,促使這一級神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動。以此類推,神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去,從而構(gòu)成復(fù)雜的信號體系,較終形成學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。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)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。

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。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計(jì)時的多模式輸入端口。

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鈣離子成像技術(shù)(Calciumimaging)是指利用鈣離子指示劑監(jiān)測組織內(nèi)鈣離子濃度的方法,常用于神經(jīng)系統(tǒng)的研究,指示神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,提示神經(jīng)元活動。其原理在于借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動之間的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系,利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針(鈣離子指示劑,<spanlang=EN-US>Calciumindicator),將神經(jīng)元中鈣離子的濃度通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來,并被顯微鏡捕捉,從而達(dá)到監(jiān)測神經(jīng)元活動的目的。鈣離子在神經(jīng)元功能中起著重要的作用:它們作為細(xì)胞內(nèi)的信號可觸發(fā)響應(yīng),如改變基因表達(dá)和突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。由于細(xì)胞內(nèi)有離子泵在各種信號刺激下選擇性地運(yùn)輸這些離子,胞內(nèi)鈣濃度是高度動態(tài)的。鈣成像利用鈣離子流的優(yōu)勢,在活神經(jīng)細(xì)胞上直接可視化鈣信號。對鈣離子的功能研究中,鈣指示劑是必不可少的工具。重慶超微顯微鈣成像生產(chǎn)廠家

多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。北京在體鈣成像nVoke

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,它們的熒光信號更強(qiáng),對Ca2+的選擇性也更強(qiáng)。比率指示劑會在與Ca2+結(jié)合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(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)。光譜由兩個峰組成:左側(cè)較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大,右側(cè)較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā),獲取在510nm處對應(yīng)的發(fā)射光熒光強(qiáng)度的比率,就可以對Ca2+濃度進(jìn)行定量的測量。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。北京在體鈣成像nVoke