光遺傳鈣成像nVoke

鈣離子通過參與多種細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑來調(diào)控絕大多數(shù)類型神經(jīng)元的功能。由于鈣離子信號在已知的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其特定的功能，鈣離子成像顯得尤為重要。在神經(jīng)系統(tǒng)中，由于神經(jīng)元的多樣性，導(dǎo)致鈣離子功能也多樣化。在突觸前膜，鈣內(nèi)流激發(fā)貯存神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)小泡向胞外釋放；在突觸后膜，樹突棘內(nèi)鈣水平瞬間升高，介導(dǎo)了突觸可塑性；在細(xì)胞核內(nèi)，鈣信號能夠調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在常使用的鈣離子指示劑有化學(xué)性鈣離子指示劑（ChemicalIndicators）和基因編碼鈣離子指示劑（GeneticallyEncodedIndicators）兩類。功能鈣成像技術(shù)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)。光遺傳鈣成像nVoke

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。現(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。光遺傳鈣成像nVoke鈣成像系統(tǒng)具有單細(xì)胞分辨率的大視野的特征。

轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑：轉(zhuǎn)基因技術(shù)和光遺傳技術(shù)的飛速發(fā)展，催生了基因編碼的Ca2+指示劑（GECIs）。它們不依賴于熒光染料，可以靶向特定的組織，如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞、T細(xì)胞等，并且可以避免熒光指示劑帶來的的許多問題，是監(jiān)測轉(zhuǎn)基因動物體內(nèi)鈣離子的一個極好的工具。個基因編碼的鈣離子指示劑Cameleon早在1997年就發(fā)表了。它是利用與鈣離子結(jié)合后發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，作為供體的CFP和作為受體的YFP之間產(chǎn)生FRET的原理。2000年，GCaMP誕生了。它是增強(qiáng)型綠色熒光蛋白（EGFP）和鈣調(diào)蛋白（結(jié)合鈣離子）、鈣調(diào)蛋白結(jié)合肽M13組成的，結(jié)合鈣離子后，鈣調(diào)素-M13相互作用引起GFP空間結(jié)構(gòu)變化，發(fā)出綠色熒光（圖5）。GCaMP的問世有著**性的意義，它改變了我們觀察神經(jīng)元群體活動的方式，讓科學(xué)家們可以在成千上萬的細(xì)胞中，看到哪些神經(jīng)元在放電，它們放電的模式和規(guī)律是怎樣的，從而進(jìn)一步探索各種內(nèi)在的神經(jīng)機(jī)制。

利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動。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，其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，以此daibiao細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(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。鈣成像系統(tǒng)支持聯(lián)網(wǎng)，基于網(wǎng)絡(luò)的軟件可讓您隨時隨地監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

Anderson研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室雄性小鼠對雌性和雄性的攀爬行為可以通過是否存在超聲發(fā)聲（USV）來區(qū)分。這些和更多的行為數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)雄性主導(dǎo)的攀爬是攻擊性的，盡管在極少數(shù)情況下可能是性行為。研究人員調(diào)查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘腦神經(jīng)基質(zhì)。通過使用Inscopix自由行為顯微鈣成像方法觀察內(nèi)側(cè)視前區(qū)（MPOA）或腹內(nèi)側(cè)下丘腦腹側(cè)細(xì)分（VMHvl）中雌ji su受體1(ESR1)陽性神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)在小鼠活動中可以解碼出在USV+和USV-攀爬過程中神經(jīng)元活動的獨(dú)特模式。交叉光遺傳刺激表達(dá)ESR1和囊狀GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（VGAT）的MPOA神經(jīng)元，可 促進(jìn)USV+攀爬，并將雄性的定向攻擊轉(zhuǎn)換為USV攀爬。細(xì)胞內(nèi)鈣成像技術(shù)是通過向細(xì)胞內(nèi)載入鈣指示劑。南京鈣成像生產(chǎn)廠家

小鼠頭戴式微型顯微鏡為后續(xù)清醒動物腦功能鈣成像研究提供了一套可靠的顯微成像系統(tǒng)。光遺傳鈣成像nVoke

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針：與紫外光激發(fā)探針相比，可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強(qiáng)的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細(xì)胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。較常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3，F(xiàn)luo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是較常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發(fā)波長為506nm，比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結(jié)合之前幾乎無熒光，結(jié)合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細(xì)胞自身的熒光干擾。實(shí)際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右，發(fā)射波長為525～530nm（圖3）。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細(xì)胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強(qiáng)。光遺傳鈣成像nVoke

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