神經(jīng)細胞鈣成像nVista3.0

想要對鈣離子的動態(tài)變化進行有效的檢測，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)合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強度明顯增強。利用這一原理，可以通過指示劑的信號強弱來觀察細胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長范圍，鈣離子指示劑可以分為可見光激發(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。常見的鈣離子指示劑有，紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。鈣離子能產(chǎn)生許多控制細胞功能的胞內(nèi)信號，如突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等。神經(jīng)細胞鈣成像nVista3.0

霍華德休斯頓醫(yī)學研究所（HHMI）ScottSternson課題組研究了影響這種源源不斷的食欲的神經(jīng)機制。他們通過使用Inscopix小顯微鏡觀察小鼠腦干區(qū)域的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)貪念美食的小鼠可能是因為特殊的大腦區(qū)域?qū)γ朗澈湍滩璞绕渌∈蟾用舾小１灸軙?qū)使我們在感到饑餓和干渴的時候?qū)ふ沂澄?，在找到食物或水時通過眼睛看、鼻子聞、嘴巴嘗等方式來感受和決定要不要吃，吃到一定程度產(chǎn)生滿足感（或是吃了還想吃的不滿足感）。因此，要把大腦中匯集的關(guān)于吃喝的各類信號分清楚，并找出控制不同吃喝行為的神經(jīng)環(huán)路無疑是很有挑戰(zhàn)的任務(wù)。ScottSternson博士的研究團隊在小鼠大腦中尋找饑餓和干渴神經(jīng)環(huán)路共存的腦區(qū)。他們注意到，腦干的藍斑區(qū)（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神經(jīng)元（被稱為periLC神經(jīng)元），參與進食和飲水的行為，是餓和渴的匯聚點。為了研究這些神經(jīng)細胞的功能，研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，可以讓小鼠在自由活動的同時，通過Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動。這項研究的作者龔蓉博士表示，解決這個技術(shù)是此項研究的關(guān)鍵。上海動物神經(jīng)元鈣成像代理鈣離子在很多生理活動中都發(fā)揮著重要作用。

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成像方法,采用長波激發(fā)，能對組織進行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團對這個波段的光吸收率低，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。雙光子熒光成像技術(shù)能準確定位細胞內(nèi)置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的gaofen辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細胞單個樹突棘中的鈣分布。

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，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胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此表示細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(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。功能光學成像技術(shù)的發(fā)展使研究腦區(qū)和神經(jīng)元的內(nèi)部工作成為可能。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。

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號更強，對Ca2+的選擇性也更強。比率指示劑會在與Ca2+結(jié)合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個峰組成：左側(cè)較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側(cè)較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對應的發(fā)射光熒光強度的比率，就可以對Ca2+濃度進行定量的測量。因為Fura-2結(jié)果準確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。神經(jīng)細胞鈣成像nVista3.0

神經(jīng)方面科學迫切需要一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)。神經(jīng)細胞鈣成像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。神經(jīng)細胞鈣成像nVista3.0