細胞內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di1個細胞興奮時,產生了一個電沖動,此時,細胞外的鈣離子流入該細胞內,促使該細胞分泌神經遞質,神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合,促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推,神經信號便一級一級地傳遞下去,從而構成復雜的信號體系,*終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統中,鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態下大部分神經元細胞內鈣離子濃度約為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遞質的過程必不可少。眾所周知,只有游離鈣才具有生物學活性,而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定,同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種,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。神經元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來,以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。鈣成像技術(calcium imaging)是指利用鈣離子指示劑或指示監測組織內鈣離子濃度的方法。北京超微顯微鈣成像生產廠家
不論采用哪一類鈣離子指示劑,總體上成像記錄過程是非常類似的。包含鈣離子指示劑的細胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測,然后通過CCD攝像機捕捉、記錄圖像。現在鈣成像技術主要在以下幾類神經科學研究方面有廣泛應用:1.記錄培養的神經元的活動。2.記錄腦片上神經元的活動。記錄神經元的活動。由于離體實驗本身的限制,現在越來越多的神經方面科學家傾向于做在體鈣成像實驗,希望能得到更準確且更能反應生理狀況的數據。得益于雙光子熒光顯微鏡的發展,現在在實驗動物處于huoti狀態下的鈣成像技術取得了飛速進展。4.記錄神經元樹突和樹突棘(spine)的活動。由于對于實驗精度的要求,有些科學家不僅只想記錄單個神經元的反應,他們還想更確切地知道神經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進行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發展,現在,對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進行記錄也成為了可能。美國熒光鈣成像多少錢雙光子熒光顯微鏡能夠在進行活動動物成像的時候實現高分辨率和高信噪比。
目前有三種在神經元上填充鈣離子指示劑的方法,且都可以用于體內和體外研究。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神經元中。此方法方便實驗者控制單個神經元內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載神經元,觀察對象為一群神經元。盡管此方法可能導致一些膠質細胞也被指示劑所標記,但提高了整體神經元的標記百分比,使研究者得以觀察到一群神經元內動作電位相關性的活動。第三種也較為常用,通過病毒轉染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。(A)單細胞注射法;(B)networkloading法;(C)通過病毒轉染使其基因編碼鈣離子指示劑(expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI)
鈣離子通過參與多種細胞內信號傳導途徑來調控絕大多數類型神經元的功能。由于鈣離子信號在已知的細胞器結構中發揮其特定的功能,鈣離子成像顯得尤為重要。在神經系統中,由于神經元的多樣性,導致鈣離子功能也多樣化。在突觸前膜,鈣內流激發貯存神經遞質的神經小泡向胞外釋放;在突觸后膜,樹突棘內鈣水平瞬間升高,介導了突觸可塑性;在細胞核內,鈣信號能夠調控基因轉錄。現在常使用的鈣離子指示劑有化學性鈣離子指示劑(ChemicalIndicators)和基因編碼鈣離子指示劑(GeneticallyEncodedIndicators)兩類。鈣成像技術利用鈣離子流的優勢在活神經細胞上直接可視化鈣信號。
鈣成像技術是一種監測組織內鈣離子濃度的方法,通過使用鈣離子指示劑,科學家可以觀察神經信號在神經網絡中的傳遞過程,并了解神經元活動與內部鈣離子濃度的關系。在靜息狀態下,大部分神經元的胞內鈣離子濃度為50-100nM,而當神經元活動的時候,胞內鈣離子濃度能上升10-100倍,增加的鈣離子對于含有神經遞質的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。鈣成像是一種生物醫學技術,主要用于觀察和記錄細胞內鈣離子濃度的變化。鈣離子是細胞內重要的信號分子,其濃度的改變可以影響細胞的生理功能和病理狀態。因此,鈣成像技術對于研究細胞生物學、神經科學、心血管醫學等領域具有重要意義。神經元鈣成像的原理是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來。北京超微顯微鈣成像生產廠家
鈣成像技術一出現,就受到了全世界神經科學家們的追捧。北京超微顯微鈣成像生產廠家
單光子顯微技術是相對成熟的熒光顯微技術,但由于單光子顯微技術使用的激發光波長較短,成像深度比較有限;能量比較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像實驗。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測,但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。北京超微顯微鈣成像生產廠家