北京熒光顯微鈣成像nVista3.0

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）networkloading法；（C）通過病毒轉(zhuǎn)染使其基因編碼鈣離子指示劑（expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI）利用鈣離子指示劑檢測(cè)組織或細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，進(jìn)而反應(yīng)組織或細(xì)胞內(nèi)某些活動(dòng)或反應(yīng)。北京熒光顯微鈣成像nVista3.0

鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場(chǎng)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(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時(shí)程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運(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(duì)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freelymoving動(dòng)物鈣成像的技術(shù)。如圖6中所示的光纖成像法：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(hào)被光纖收集，然后通過相機(jī)成像。動(dòng)物頭部只需植入GRINlens，方便活動(dòng)，而且可以同時(shí)植入多個(gè)lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。合肥鈣成像價(jià)格多少對(duì)鈣離子的功能研究中，鈣指示劑是必不可少的工具。

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)合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度xianzhu增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來觀察細(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以下幾種：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。

目前可用的指示劑較多，根據(jù)熒光光譜、與鈣離子親和力及其化學(xué)特性的不同大致分為化學(xué)性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。前者指可特異性與鈣離子結(jié)合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指來源于綠色熒光蛋白GFP及其變異體的蛋白質(zhì)，可與鈣調(diào)蛋白和肌球蛋白輕鏈激酶M13域結(jié)合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被廣泛應(yīng)用于在體鈣成像研究中。生物熒光蛋白：Aequorin是水母熒光素（coelenterazine）通過硫酸酯鍵或過氧化鍵緊緊連到脫輔水母發(fā)光蛋白上形成的，遇到鈣離子就發(fā)出470nm藍(lán)光，可以作為鈣離子的檢測(cè)試劑；化學(xué)鈣離子指示劑：Fura-2可在紫外光下被jihuo且發(fā)射出505-520nm光；基于FRET的基因編碼的鈣指示劑；單個(gè)熒光基因編碼的鈣指示劑。長時(shí)間追蹤相同細(xì)胞，進(jìn)行可重復(fù)的科學(xué)研究對(duì)自由行為動(dòng)物進(jìn)行慢性鈣成像研究。

對(duì)于成像和長時(shí)間成像，較重要的是要保證細(xì)胞的正常生長。熒光團(tuán)受激發(fā)光光照后產(chǎn)生的氧化物質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等發(fā)生反應(yīng)，熒光信號(hào)降低的同時(shí)（光致退色）也降低了細(xì)胞壽命（光線損傷）。在光照過程中氧化劑的產(chǎn)生,主要決定于熒光團(tuán)的光化學(xué)性質(zhì)和光照劑量,因此減少光照劑量成為解決上述問題的途徑之一。光漂白（Photobleaching）指在光的照射下熒光物質(zhì)所激發(fā)出來的熒光強(qiáng)度隨著時(shí)間推移逐步減弱乃至消失的現(xiàn)象。熒光成像的質(zhì)量很大程度上依賴于熒光信號(hào)強(qiáng)度，提高激發(fā)光強(qiáng)度固然可以提高信號(hào)強(qiáng)度，但激發(fā)光的強(qiáng)度不是可以無限提高的，當(dāng)激發(fā)光的強(qiáng)度超過一定限度時(shí)，光吸收就趨于飽和，并不可逆地破壞激發(fā)態(tài)分子，這就是光漂白現(xiàn)象。在顯微技術(shù)中，光漂白使得觀測(cè)變得很復(fù)雜，因?yàn)樗鼤?huì)造成破壞，使螢光團(tuán)無法繼續(xù)放光，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。功能性多神經(jīng)元鈣成像是一種通過記錄神經(jīng)元內(nèi)Ca2+信號(hào)變化,監(jiān)測(cè)大量神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏墓鈱W(xué)記錄技術(shù)。南京在體鈣成像nVoke2.0

鈣成像技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究中的應(yīng)用。北京熒光顯微鈣成像nVista3.0

霍華德休斯頓醫(yī)學(xué)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(jī)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?yàn)樘厥獾拇竽X區(qū)域?qū)γ朗澈湍滩璞绕渌∈蟾用舾?。本能?huì)驅(qū)使我們?cè)诟械金囸I和干渴的時(shí)候?qū)ふ沂澄?，在找到食物或水時(shí)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(hào)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(tuán)隊(duì)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(lán)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(jìn)食和飲水的行為，是餓和渴的匯聚點(diǎn)。為了研究這些神經(jīng)細(xì)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(dòng)的同時(shí)，通過Inscopix自由活動(dòng)鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動(dòng)。這項(xiàng)研究的作者龔蓉博士表示，解決這個(gè)技術(shù)是此項(xiàng)研究的關(guān)鍵。北京熒光顯微鈣成像nVista3.0