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利用钙成像技术记录大脑活动,随着功能光学成像技术的发展,神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一,其主要原理是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来——通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度,以此细胞的功能状态。目前它被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化,从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。通过钙成像技术发现当神经元活动的时候,胞内钙离子浓度能上升 10 - 100 倍。浙江钙成像供应商
细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当神经细胞兴奋时,会产生一个电冲动,在此时,细胞外的钙离子回流入该细胞内,促使这个细胞分泌神经递质,神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子相结合,促使这个一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推,神经信号便一级一级地传递下去,从而构成复杂的信号体系,形成了学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中,钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。上海inscopix钙成像哪里有钙成像技术利用钙离子流的优势在活神经细胞上直接可视化钙信号。
目前有三种在神经元上填充钙离子指示剂的方法,且都可以用于体内和体外研究。第一种方法是利用玻璃吸管将膜渗透性盐或葡聚糖形式的指示剂注入单个神经元中。此方法方便实验者控制单个神经元内的钙离子指示剂浓度且信噪比较高。第二种是利用“批量加载”的方法将钙离子指示剂染料负载神经元,观察对象为一群神经元。尽管此方法可能导致一些胶质细胞也被指示剂所标记,但提高了整体神经元的标记百分比,使研究者得以观察到一群神经元内动作电位相关性的活动。第三种也较为常用,通过病毒转染的方式使其基因编码钙离子指示剂。(A)单细胞注射法;(B)networkloading法;(C)通过病毒转染使其基因编码钙离子指示剂(expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI)
钙是机体的组成元素之一。钙离子作为电流载体维持细胞内外的电化学梯度,同时在细胞的生命活动中扮演着重要角色。作为第二信使,钙参与细胞周期、细胞代谢、细胞分化、坏死、凋亡等等许多重要的生理过程。细胞内的钙离子水平通常很低,一般胞浆中的自由钙约为100nM。胞内的钙可被各种亚细胞器所贮存,据文献报道:其中约50%位于细胞核,30%位于线粒体,14%位于内质网,5%位于胞膜上,1%位于胞质内,且因为钙离子易与磷酸和碳酸复合物形成不溶物,故游离钙只占[1]。细胞可以通过钙内流、内钙释放及膜系统上的降钙蛋白等一整套完整的监控系统来维持细胞内钙的内稳状态。例如与钙内流相关的通道例如电压门控性钙离子通道VDCC、受体活跃的通道RACC;与内钙释放相关的受体如内质网上的IP3受体;以及降钙相关的脂膜及线粒体上的主动运输的钙泵系统等等[2]。近20年来钙的荧光成像及测定技术发展迅速,出现了各种各样的钙荧光指示剂,结合不断发展的显微成像系统,我们可以对活细胞的钙离子进行测定及成像,进一步揭示其生理机制及相关疾病的发病机制。钙成像的荧光指示剂钙成像的荧光探针一般均为Ca2螯合剂EGTA,APTRA,BAPTA的衍生物,它们可以结合钙离子从而显示一个光谱响应。钙离子成像可以追踪神经元动作电位。
传统的宽场荧光显微镜由于光散射的影响,只能够对大脑浅层的神经元或在离体组织上进行成像,共聚焦显微镜由于光损伤较大,一般也只用于离体钙成像。随着荧光显微镜技术的迅速发展,在体钙成像技术得到了蓬勃发展。双光子荧光显微镜能够在进行在体成像的时候实现高分辨率和高信噪比。例如,用双光子显微镜对海马树突棘的钙离子信号进行成像,研究神经元突触后长时程降低(Wangetal.,2000);观察在体小鼠运动皮层神经元在嗅觉选择任务中刺激相关电位(Komiyamaetal.,2010)等等。不过,这些实验还是需要对动物进行麻醉和固定,而神经科学领域很多研究更希望能够对自由活动的动物进行研究。近年来出现了通过植入性的microscope或microlens进行在体freelymoving动物钙成像的技术。使用一端带有GRINlens的光纤连接显微镜和动物大脑,从特定脑区发出的荧光信号被光纤收集,然后通过Inscopix显微镜成像。动物头部只需植入GRINlens,方便活动。超微显微钙成像显微镜是研究活动动物神经活动必要仪器。南京超微显微钙成像生产厂家
钙成像技术发现钙离子产生各种各样的胞内信号。浙江钙成像供应商
钙成像的荧光指示剂钙成像的荧光探针一般均为Ca2螯合剂EGTA,APTRA,BAPTA的衍生物,它们可以结合钙离子从而显示一个光谱响应,使研究者可以用荧光显微镜来观察细胞内的自由钙的浓度。荧光显微镜可以使用普通的倒置荧光显微镜来进行钙信号的测定和成像。并可结合电生理设备、活细胞培养装置等,适用于大强度、广范围的钙信号测定。共聚焦显微系统,共聚焦以激光为光源,且可配备氩离子光源,可以选择可见光激发的钙指示剂,进行层扫,相比普通荧光显微镜有更好的空间分辨率。并且共聚焦除了配备大视野扫描镜更可配置共振扫描振镜,以满足更高速成像应用的需求。双光子显微系统使用长波长来激发荧光指示剂,具有较低的细胞毒性,也可适用于紫外激发的钙指示剂,且可获得和单光子共聚焦系统类似的空间分辨率。小结综上可见,在研究钙信号时,可结合样品自身特点来选择相应的钙指示剂,并考虑既有的实验设备,来确定具体的实验方案。同时还需进一步摸索实验数据的校正、控制等多种影响因素,可获得可靠的图像及荧光定量数据。浙江钙成像供应商
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