2025-05-26 00:12:16
隨著功能光學成像技術(shù)的發(fā)展,神經(jīng)學家們已經(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胞內(nèi)游離鈣離子濃度,通過這個變化來daibiao細胞的功能狀態(tài)。目前這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實時監(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。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。上海細胞鈣離子鈣成像nVista3.0
細胞內(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。當個細胞興奮時,產(chǎn)生了一個電沖動,此時,細胞外的鈣離子流入該細胞內(nèi),促使該細胞分泌神經(jīng)遞質(zhì),神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細胞膜上的蛋白分子結(jié)合,促使這一級神經(jīng)細胞產(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,較終形成學習、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)元細胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM,而細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活性,而細胞質(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。上海常見鈣成像聯(lián)系方式想要同時觀察軸突和樹突的鈣離子信號,大視野是很重要的。
解決鈣成像裝置對核磁成像的干擾:考慮到金屬對核磁成像的影響,研究人員在核磁共振成像的模塊上裝上了鈣成像模塊,該成像模塊所有的金屬元件全部被更換為非導(dǎo)電塑料??紤]到磁場對光纖記錄系統(tǒng)的干擾,減少鈣信號的噪音,將相干光纖激光器與核磁共振放置相鄰不同的房間。解決鈣成像和核磁成像區(qū)域的一致性:在成像過程中,以皮層區(qū)域的血管分布為參照物,以保證鈣成像和核磁成像的區(qū)域基本保持一致。但在實際成像中,鈣離子變化和血氧水平依賴性信號所響應(yīng)的區(qū)域并不是完全重合。因此研究人員將響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的信號變化幅度進行均一化,盡量避免因統(tǒng)計閾值引起差異。
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。傳統(tǒng)的鈣成像技術(shù)受限于顯微鏡的視野,只能對很小的一片區(qū)域進行記錄。
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,學習記憶,社會性行為等各種各樣的研究中。鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計時的多模式輸入端口。上海常用鈣成像商家
專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。上海細胞鈣離子鈣成像nVista3.0
在生物有機體,鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號,這些胞內(nèi)信號幾乎在每種類型的細胞中都存在,且在很多功能方面有重要作用,例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動物的神經(jīng)系統(tǒng)中,鈣離子是一類重要的神經(jīng)元胞內(nèi)信號分子。在靜息狀態(tài)下,大部分神經(jīng)元的胞內(nèi)鈣離子濃度為50-100nM,而當神經(jīng)元活動的時候,胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍,增加的鈣離子對于包含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。也就是說神經(jīng)元的活動與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān),神經(jīng)元在放電的時候會爆發(fā)出一個短暫的鈣離子濃度高峰。神經(jīng)元鈣成像(calciumimaging)技術(shù)的原理就是借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動之間的嚴格對應(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,calciumindicator),將神經(jīng)元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現(xiàn)出來,從而達到檢測神經(jīng)元活動的目的。上海細胞鈣離子鈣成像nVista3.0