鈣成像技術(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。在神經(jīng)系統(tǒng)研究方面,在在體(invivo)或者離體(invitro)實(shí)驗(yàn)中,鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于同時(shí)監(jiān)測成百上千個(gè)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化,從而檢測神經(jīng)元的活動(dòng)情況)。有了鈣成像技術(shù),原本悄無聲息的神經(jīng)活動(dòng)就變成了一幅斑斕閃爍的壯觀影像,科學(xué)家終于可以親眼看著神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中往來穿梭。因此,這種技術(shù)一出現(xiàn),就受到了全世界神經(jīng)科學(xué)家們的追捧,至今依然是人們觀測神經(jīng)活動(dòng)*為直接的手段。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(jìn)行記錄。西安鈣成像nVista
細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時(shí)間性和空間性。當(dāng)個(gè)細(xì)胞興奮時(shí),產(chǎn)生了一個(gè)電沖動(dòng),此時(shí),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(dòng)。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(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)受體電位C型通道(TRPC)等。上海特殊鈣成像廠家直銷鈣是模型動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,參與細(xì)胞多種功能的調(diào)節(jié),可以產(chǎn)生多種細(xì)胞內(nèi)信號。
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(jìn)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(jìn)行在體成像的時(shí)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(jìn)行成像,研究神經(jīng)元突觸后長時(shí)程降低(Wangetal.,2000);觀察在體小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過,這些實(shí)驗(yàn)還是需要對動(dòng)物進(jìn)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?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進(jìn)行在體freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動(dòng)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Inscopix顯微鏡成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens,方便活動(dòng)。
在生物有機(jī)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(xì)胞中都存在,且在很多功能方面有重要作用,例如對心肌細(xì)胞收縮的控制和從細(xì)胞增殖到細(xì)胞死亡整個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動(dòng)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(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)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(dòng)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(shí)候會(huì)爆發(fā)出一個(gè)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(dòng)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,calciumindicator),將神經(jīng)元當(dāng)中的鈣離子濃度通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來,從而達(dá)到檢測神經(jīng)元活動(dòng)的目的。鈣成像技術(shù)(calcium imaging)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。
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(gè)光譜響應(yīng),使研究者可以用熒光顯微鏡來觀察細(xì)胞內(nèi)的自由鈣的濃度。熒光顯微鏡可以使用普通的倒置熒光顯微鏡來進(jìn)行鈣信號的測定和成像。并可結(jié)合電生理設(shè)備、活細(xì)胞培養(yǎng)裝置等,適用于大強(qiáng)度、廣范圍的鈣信號測定。共聚焦顯微系統(tǒng),共聚焦以激光為光源,且可配備氬離子光源,可以選擇可見光激發(fā)的鈣指示劑,進(jìn)行層掃,相比普通熒光顯微鏡有更好的空間分辨率。并且共聚焦除了配備大視野掃描鏡更可配置共振掃描振鏡,以滿足更高速成像應(yīng)用的需求。雙光子顯微系統(tǒng)使用長波長來激發(fā)熒光指示劑,具有較低的細(xì)胞毒性,也可適用于紫外激發(fā)的鈣指示劑,且可獲得和單光子共聚焦系統(tǒng)類似的空間分辨率。小結(jié)綜上可見,在研究鈣信號時(shí),可結(jié)合樣品自身特點(diǎn)來選擇相應(yīng)的鈣指示劑,并考慮既有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,來確定具體的實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)還需進(jìn)一步摸索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正、控制等多種影響因素,可獲得可靠的圖像及熒光定量數(shù)據(jù)。超微顯微鈣成像顯微鏡是研究活動(dòng)動(dòng)物神經(jīng)活動(dòng)必要儀器。合肥細(xì)胞鈣離子鈣成像價(jià)位
鈣成像技術(shù)的不斷進(jìn)步,使得人們對神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有了進(jìn)一步的拓展。西安鈣成像nVista
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。西安鈣成像nVista
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