寧波熒光顯微鈣成像nVoke2.0

JaneliaResearchCampus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(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(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。鈣成像技術(shù)的不斷進步，使得人們對神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有了進一步的拓展。寧波熒光顯微鈣成像nVoke2.0

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）實驗中，鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于同時監(jiān)測成百上千個神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元的活動情況）。有了鈣成像技術(shù)，原本悄無聲息的神經(jīng)活動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)活動直接的手段。西安熒光顯微鈣成像動物行為學(xué)用標(biāo)準(zhǔn)行為測定法進行成像和行為實驗的時間同步可進行深部腦區(qū)鈣成像。

通過篩選天然與人工合成的融合體，在小鼠與斑馬魚幼蟲身上成功得到以為靶點的致密神經(jīng)回路報告，報告顯示來自神經(jīng)纖維的偽信號明顯減少，信噪比增加，神經(jīng)元之間的偽影相關(guān)性降低。這些結(jié)果均說明GCaMP6f和GCaMP7f的細(xì)胞體靶向變體（Soma-GCaMP6f，Soma-GCaMP7f）對提高單光子熒光成像技術(shù)的精細(xì)性起到著重要作用。這種胞體靶向突變體對提高神經(jīng)信號標(biāo)記的精細(xì)性是否具有組織特異性或物種特異性呢？研究團隊針對這一問題，分別在小鼠不同腦區(qū)以及斑馬魚幼魚的整胚轉(zhuǎn)染和斑馬魚不同發(fā)育時期的信號采集等方面進行研究。

可見光激發(fā)Ca2+熒光探針：與紫外光激發(fā)探針相比，可見光激發(fā)Ca2+探針具有更強的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細(xì)胞的光毒性和樣品自發(fā)熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。較常使用的可見光激發(fā)Ca2+熒光探針有Fluo-3，F(xiàn)luo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是較常用的可見光激發(fā)Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發(fā)波長為506nm，比較大發(fā)射波長為526nm。它與Ca2+結(jié)合之前幾乎無熒光，結(jié)合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細(xì)胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發(fā)波長為488nm左右，發(fā)射波長為525～530nm（圖3）。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細(xì)胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強。鈣成像系統(tǒng)集成自動控制和精確計時的多模式輸入端口。

解決鈣離子信號和BOLD信號轉(zhuǎn)換：功能核磁共振成像主要依賴于神經(jīng)元興奮后局部耗氧與血流振幅的不一致，通過測定血氧水平依賴性（BOLD）信號間接反映神經(jīng)元活動。而鈣成像技術(shù)則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動。將這兩種技術(shù)聯(lián)用，需要考慮BOLD信號和鈣離子濃度變化之間的轉(zhuǎn)換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號轉(zhuǎn)換為BOLD信號，實現(xiàn)這兩者之間比較大的關(guān)聯(lián)。研究人員利用鈣離子指示劑工具小鼠發(fā)現(xiàn)在低頻刺激下（0.009–0.08赫茲），小鼠皮層鈣離子活動變化與BOLD信號的一致性比較好。此外，鈣離子活動變化與BOLD功能連接的關(guān)聯(lián)存在區(qū)域的依賴性：鈣離子和BOLD連接強度相關(guān)性在桶狀皮層與同側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈正相關(guān)關(guān)系（同步化），但與對側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈負(fù)相關(guān)。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細(xì)胞群的協(xié)同神經(jīng)活動。鈣是模型動物神經(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。西安熒光顯微鈣成像動物行為學(xué)

鈣離子能產(chǎn)生許多控制細(xì)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。寧波熒光顯微鈣成像nVoke2.0

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，可結(jié)合樣品自身特點來選擇相應(yīng)的鈣指示劑，并考慮既有的實驗設(shè)備，來確定具體的實驗方案。同時還需進一步摸索實驗數(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)。寧波熒光顯微鈣成像nVoke2.0