在生物有机体,钙离子产生各种各样的胞内信号,这些胞内信号几乎在每种类型的细胞中都存在,且在很多功能方面有重要作用,例如对心肌细胞收缩的控制和从细胞增殖到细胞死亡整个细胞周期的调节等。在哺乳动物的神经系统中,钙离子是一类重要的神经元胞内信号分子。在静息状态下,大部分神经元的胞内钙离子浓度为50-100nM,而当神经元活动的时候,胞内钙离子浓度能上升10-100倍,增加的钙离子对于包含有神经递质的突触囊泡的胞吐释放过程必不可少。也就是说神经元的活动与其内部的钙离子浓度密切相关,神经元在放电的时候会爆发出一个短暂的钙离子浓度高峰。神经元钙成像(calcium imaging)技术的原理就是借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系,利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针(钙离子指示剂,calcium indicator),将神经元当中的钙离子浓度通过荧光强度表现出来,从而达到检测神经元活动的目的。钙成像技术发现钙离子产生各种各样的胞内信号。合肥光遗传钙成像grain lens
钙离子通过参与多种细胞内信号传导途径来调控绝大多数类型神经元的功能。由于钙离子信号在已知的细胞器结构中发挥其特定的功能,钙离子成像显得尤为重要。在神经系统中,由于神经元的多样性,导致钙离子功能也多样化。在突触前膜,钙内流激发贮存神经递质的神经小泡向胞外释放;在突触后膜,树突棘内钙水平瞬间升高,介导了突触可塑性;在细胞核内,钙信号能够调控基因转录。现在常使用的钙离子指示剂有化学性钙离子指示剂(ChemicalIndicators)和基因编码钙离子指示剂(GeneticallyEncodedIndicators)两类。浙江超微显微钙成像grain lens钙成像技术被广泛应用于同时监测成百上千个神经元内钙离子的变化。
单光子显微技术是*成熟的荧光显微技术,但由于单光子显微技术使用的激发光波长较短,成像深度比较有限;能量比较大,会造成对荧光物质的漂白,光毒性严重。激光共焦扫描显微镜由于共焦显微镜的孔径很小, 实现样本三维成像要逐点扫描,成像速度慢,对样本损害大,很难用于长时间活细胞成像实验。而宽场显微镜能够很好地实现实时动态成像,光漂白小, 因而较早应用于活细胞内的实时检测,但宽场显微镜由于离焦信号的干扰,难以实现多维成像。
对新环境的探索确保了生存和进化的适应性,这是通过根据经验动态变化的探索性回合和逮捕来表达的。因此,调节探索性行为的神经环路应该参与经验的整合,并利用它来选择适当的行为输出。通过空间探索分析,研究人员发现在之前动物被逮捕的地点,瞬间逮捕数随着经验的增加而增加。在自由探索的小鼠身上进行的Inscopix钙成像显示,基底外侧杏仁核中有一个遗传和投射定义的神经元群,在自我控制的行为停止期间是活跃的。这个合集是以经验依赖的方式响应的,对这些神经元的nVoke闭环光遗传操作表明,它们在探索过程中驱动经验依赖的逮捕是充分和必要的。投影特异性成像和光遗传学实验显示,这些 yi zhi是由投射到**杏仁核的基底外侧杏仁核神经元影响的,揭示了杏仁核环路,该回路介导了熟悉部位的短暂阻止,但不影响回避或焦虑/恐惧样行为。钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一。
哺乳动物睡眠的特点是神经元活动发生了戏剧性的变化,觉醒的神经元活动被认为会增加睡眠需求。其他脑细胞(胶质细胞)在自然睡眠-觉醒周期中的变化以及它们在睡眠调节中的作用相对来说还没有被研究过。华盛顿州立大学ElsonS.Floyd医学院生物医学系的MarcosG.Frank研究团队于2020年9月24日在CurrentBiology上发表论文“ARoleforAstroglialCalciuminMammalianSleepandSleepRegulation”,通过使用滔博生物-Inscopix自由活动钙成像显微镜发现额叶皮层的星形胶质细胞钙浓度随睡眠和清醒而变化,会在睡眠剥夺后改变,并调节睡眠需求。传统钙成像实验要求成像的光路极为稳定。深圳动物神经元钙成像大概费用
通过钙成像技术检测活动动物记录神经元的活动。合肥光遗传钙成像grain lens
静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM,而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍,增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知,只有游离钙才具有生物学活性,而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定,同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种,其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体(nAChR)和瞬时受体电位C型通道(TRPC)等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来,以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。合肥光遗传钙成像grain lens
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