細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

鈣是機(jī)體的組成元素之一。鈣離子作為電流載體維持細(xì)胞內(nèi)外的電化學(xué)梯度，同時(shí)在細(xì)胞的生命活動(dòng)中扮演著重要角色。作為第二信使，鈣參與細(xì)胞周期、細(xì)胞代謝、細(xì)胞分化、壞死、凋亡等等許多重要的生理過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)的鈣離子水平通常很低，一般胞漿中的自由鈣約為100nM。胞內(nèi)的鈣可被各種亞細(xì)胞器所貯存，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：其中約50%位于細(xì)胞核，30%位于線粒體，14%位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，5%位于胞膜上，1%位于胞質(zhì)內(nèi)，且因?yàn)殁}離子易與磷酸和碳酸復(fù)合物形成不溶物，故游離鈣只占[1]。細(xì)胞可以通過(guò)鈣內(nèi)流、內(nèi)鈣釋放及膜系統(tǒng)上的降鈣蛋白等一整套完整的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)鈣的內(nèi)穩(wěn)狀態(tài)。例如與鈣內(nèi)流相關(guān)的通道例如電壓門(mén)控性鈣離子通道VDCC、受體活躍的通道RACC；與內(nèi)鈣釋放相關(guān)的受體如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體；以及降鈣相關(guān)的脂膜及線粒體上的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)拟}泵系統(tǒng)等等[2]。近20年來(lái)鈣的熒光成像及測(cè)定技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了各種各樣的鈣熒光指示劑，結(jié)合不斷發(fā)展的顯微成像系統(tǒng)，我們可以對(duì)活細(xì)胞的鈣離子進(jìn)行測(cè)定及成像，進(jìn)一步揭示其生理機(jī)制及相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制。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)。鈣成像技術(shù)（calcium imaging）是指利用鈣離子指示劑監(jiān)測(cè)組織內(nèi)鈣離子濃度的方法。細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

鈣離子在很多生理性的活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細(xì)胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一：當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動(dòng)作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時(shí)，細(xì)胞膜上的電壓門(mén)控鈣離子通道打開(kāi)，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(hào)。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢唬瑥亩鴰椭覀兞私馍窠?jīng)元集群的活動(dòng)，可以用于感知覺(jué)，學(xué)習(xí)記憶，社會(huì)性行為等各種各樣的研究中。寧波inscopix鈣成像nVista鈣離子是哺乳動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的重要信使。

單光子顯微技術(shù)是較成熟的熒光顯微技術(shù)，但由于其使用的激發(fā)光波長(zhǎng)較短，成像深度有限；能量較大,會(huì)造成對(duì)熒光物質(zhì)的漂白,光毒性嚴(yán)重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實(shí)現(xiàn)樣本三維成像要逐點(diǎn)掃描,成像速度慢,對(duì)樣本損害大,很難用于長(zhǎng)時(shí)間活細(xì)胞成像。而寬場(chǎng)顯微鏡能夠很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，但寬場(chǎng)顯微鏡由于離焦信號(hào)的干擾,難以實(shí)現(xiàn)多維成像。雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長(zhǎng)波激發(fā)，能對(duì)組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長(zhǎng)大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對(duì)這個(gè)波段的光吸收率低，此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品，因此背景第，光損傷小，適用于在體檢測(cè)。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹(shù)突甚至單個(gè)樹(shù)突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個(gè)樹(shù)突棘中的鈣分布。

CaMPARI，一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。其原理在于，CaMPARI蛋白在正常狀態(tài)下會(huì)發(fā)出綠色熒光，而如果對(duì)這種蛋白同時(shí)使用高濃度鈣離子與紫外光處理，它就會(huì)不可逆、長(zhǎng)久地轉(zhuǎn)變成另一種能發(fā)出紅色熒光的構(gòu)象，即實(shí)現(xiàn)將瞬間的神經(jīng)元活動(dòng)變成長(zhǎng)久的紅色熒光蛋白表達(dá)。研究人員通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將這種新型蛋白導(dǎo)入到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中，然后用度的紫外光照射動(dòng)物的大腦，通過(guò)檢查熒光，找到發(fā)紅色熒光的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元即是在紫外光照射期間活躍的神經(jīng)元。由于紫外光可以對(duì)著整個(gè)大腦進(jìn)行照射，所以理論上，人們可以對(duì)全腦進(jìn)行檢查。鈣成像技術(shù)能直接測(cè)量神經(jīng)元和神經(jīng)元組織中動(dòng)態(tài)的鈣流動(dòng)。

想要對(duì)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效的檢測(cè)，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無(wú)熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過(guò)指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長(zhǎng)范圍，鈣離子指示劑可以分為可見(jiàn)光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見(jiàn)的鈣離子指示劑有，紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見(jiàn)光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。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。寧波inscopix鈣成像動(dòng)物行為學(xué)

通過(guò)鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)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。細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

目前有三種在神經(jīng)元上填充鈣離子指示劑的方法，且都可以用于體內(nèi)和體外研究。第一種方法是利用玻璃吸管將膜滲透性鹽或葡聚糖形式的指示劑注入單個(gè)神經(jīng)元中。此方法方便實(shí)驗(yàn)者控制單個(gè)神經(jīng)元內(nèi)的鈣離子指示劑濃度且信噪比較高。第二種是利用“批量加載”的方法將鈣離子指示劑染料負(fù)載神經(jīng)元，觀察對(duì)象為一群神經(jīng)元。盡管此方法可能導(dǎo)致一些膠質(zhì)細(xì)胞也被指示劑所標(biāo)記，但提高了整體神經(jīng)元的標(biāo)記百分比，使研究者得以觀察到一群神經(jīng)元內(nèi)動(dòng)作電位相關(guān)性的活動(dòng)。第三種也較為常用，通過(guò)病毒轉(zhuǎn)染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。（A）單細(xì)胞注射法；（B）network loading法；（C）通過(guò)病毒轉(zhuǎn)染使其基因編碼鈣離子指示劑（expression of genetically encoded calcium indicators, GECI）細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

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