霍华德休斯顿医学研究所(HHMI)ScottSternson课题组研究了影响这种源源不断的食欲的神经机制。他们通过使用Inscopix小显微镜观察小鼠脑干区域的神经元,发现贪念美食的小鼠可能是因为特殊的大脑区域对美食和奶茶比其他小鼠更加敏感。本能会驱使我们在感到饥饿和干渴的时候寻找食物,在找到食物或水时通过眼睛看、鼻子闻、嘴巴尝等方式来感受和决定要不要吃,吃到一定程度产生满足感(或是吃了还想吃的不满足感)。因此,要把大脑中汇集的关于吃喝的各类信号分清楚,并找出控制不同吃喝行为的神经环路无疑是很有挑战的任务。ScottSternson博士的研究团队在小鼠大脑中寻找饥饿和干渴神经环路共存的脑区。他们注意到,脑干的蓝斑区(locuscoeruleus)附近有一群谷氨酸能神经元(被称为periLC神经元),参与进食和饮水的行为,是饿和渴的汇聚点。为了研究这些神经细胞的功能,研究小组开发了一种技术,可以让小鼠在自由活动的同时,通过Inscopix自由活动钙成像显微镜观察记录脑干中periLC神经元的活动。这项研究的作者龚蓉博士表示,解决这个技术是此项研究的关键。神经元钙成像的原理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。钙成像inscopix
细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当di1个细胞兴奋时,产生了一个电冲动,此时,细胞外的钙离子流入该细胞内,促使该细胞分泌神经递质,神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合,促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推,神经信号便一级一级地传递下去,从而构成复杂的信号体系,*终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中,钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。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。南京超微显微钙成像供应商长时间追踪相同细胞,进行可重复的科学研究对自由行为动物进行慢性钙成像研究。
神经元钙成像技术离不开钙离子指示剂的应用,不同类型的指示剂各有其独特的功能。那么这些指示剂是如何负载细胞的呢?目前有三种在神经元上填充钙离子指示剂的方法,且都可以用于体内和体外研究。第一种方法是利用玻璃吸管将膜渗透性盐或葡聚糖形式的指示剂注入单个神经元中。此方法方便实验者控制单个神经元内的钙离子指示剂浓度且信噪比较高。第二种是利用“批量加载”的方法将钙离子指示剂染料负载神经元,观察对象为一群神经元。尽管此方法可能导致一些胶质细胞也被指示剂所标记,但提高了整体神经元的标记百分比,使研究者得以观察到一群神经元内动作电位相关性的活动。第三种也较为常用,通过病毒转染的方式使其基因编码钙离子指示剂。
钙成像具有以下几个优势:1.非侵入性:钙成像技术可以在活物细胞或组织中进行观察,无需破坏细胞或组织的完整性,因此是一种非侵入性的技术。2.高时空分辨率:钙成像技术可以实时观察细胞内钙离子的动态变化,具有较高的时空分辨率。可以捕捉到钙离子浓度的瞬时变化,揭示细胞内信号传导的快速过程。3.多样性:钙成像技术可以使用不同的荧光探针或基因工程技术,实现对不同类型的细胞或组织进行钙成像。可以根据需要选择适合的探针或方法,扩展应用范围。4.可定量分析:通过钙成像技术可以获得荧光信号的强度,可以进行定量分析,了解钙离子浓度的变化程度。可以通过比较不同条件下的钙成像结果,研究因素对钙离子信号的调控作用。5.可应用于多个领域:钙成像技术广泛应用于神经科学、细胞生物学、药理学等领域。可以研究神经元活动、细胞信号传导、细胞凋亡等生物过程,有助于揭示生物学机制和疾病发生及发展的过程。综上所述,钙成像技术具有非侵入性、高时空分辨率、多样性、可定量分析和广泛应用于多个领域等优势,成为研究细胞内钙离子动态变化的重要工具。钙成像技术的不断进步,使得人们对神经科学领域有了进一步的拓展。
对于成像和长时间成像,较重要的是要保证细胞的正常生长。荧光团受激发光光照后产生的氧化物质与蛋白质、核酸和脂肪等发生反应,荧光信号降低的同时(光致退色)也降低了细胞寿命(光线损伤)。在光照过程中氧化剂的产生,主要决定于荧光团的光化学性质和光照剂量,因此减少光照剂量成为解决上述问题的途径之一。光漂白(Photobleaching)指在光的照射下荧光物质所激发出来的荧光强度随着时间推移逐步减弱乃至消失的现象。荧光成像的质量很大程度上依赖于荧光信号强度,提高激发光强度固然可以提高信号强度,但激发光的强度不是可以无限提高的,当激发光的强度超过一定限度时,光吸收就趋于饱和,并不可逆地破坏激发态分子,这就是光漂白现象。在显微技术中,光漂白使得观测变得很复杂,因为它会造成破坏,使萤光团无法继续放光,从而干扰实验结果。传统的钙成像技术受限于显微镜的视野,只能对很小的一片区域进行记录。合肥钙成像动物行为学
对钙离子的功能研究中,钙指示剂是必不可少的工具。钙成像inscopix
Anderson研究团队发现实验室雄性小鼠对雌性和雄性的攀爬行为可以通过是否存在超声发声(USV)来区分。这些和更多的行为数据表明,大多数雄性主导的攀爬是攻击性的,尽管在极少数情况下可能是性行为。研究人员调查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘脑神经基质。通过使用Inscopix自由行为显微钙成像方法观察内侧视前区(MPOA)或腹内侧下丘脑腹侧细分(VMHvl)中雌jisu受体1(ESR1)阳性神经元,发现在小鼠活动中可以解码出在USV+和USV-攀爬过程中神经元活动的独特模式。交叉光遗传刺激表达ESR1和囊状GABA转运蛋白(VGAT)的MPOA神经元,可促进USV+攀爬,并将雄性的定向攻击转换为USV攀爬。钙成像inscopix