布鲁克双光子显微镜应用是什么
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。该方法可以同时去观察多个功能或位置相关的脑细胞。显微成像技术包含:双光子显微镜、宽场荧光显微镜、共聚焦显微镜、全内反射荧光显微镜等多种成像方式。布鲁克双光子显微镜应用是什么
2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP,绿色荧光蛋白)的发现和使用,获得了诺贝尔化学奖,是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合,使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分,并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的,生物学家现今较为重要的技术手段之一。目前,大多数细胞生物学和生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是,大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键:只研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收,根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜(Two-photonMicroscopy,简称TPM)的发明,则为此类研究带来了希望。进口双光子显微镜联系方式双光子显微镜使用的是高能量锁模脉冲器。
指示剂是如何负载细胞,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,但明显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。(A)单细胞注射法;(B)networkloading法;(C)通过病毒转染使其基因编码钙离子指示剂(expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI)
首先,双光子成像采用波长范围约在700~1000 nm的近红外光激发,在组织中的散射系数较小,穿透性很好,因此非常适合厚样本的观察。同时,由于是近红外光激发,也能避免样品中激发波长较短的自发荧光物质的干扰,可获得较强的荧光信号(如下图)。所以双光子成像具有较深的穿透力和较小的光毒性。通常在活物脑组织中双光子显微镜有效成像深度可达200~500 μm,能够较好地进行三维成像。双光子成像的另一大优势在于精确的空间点聚焦性。一般条件下,物质只会被单光子激发,只有在光子密度足够高的情况下,物质才会吸收两个光子从而被激发,所以,双光子只会在光子密度蕞高的物镜焦点附近发生,很少产生焦平面外的杂散光(如下图)。这种性质既提高了成像质量,也降低了样本的光漂白、光损伤区域。基于这些优势,使得双光子显微镜非常适合对活细胞、活组织进行长时间在体成像。双光子显微镜中,同样每个时刻只有焦平面上一个点的信号被探测,并且连焦平面外的荧光信号也不会有。
双光子技术在医学诊断方面有着巨大的应用潜力。这方面没有标准和体系,需要系统的医学研究和庞大的医学数据支撑。通过基于多光子成像技术研究细胞结构、生化成分、微环境、组织形态、代谢功能的影响信息,可以发现与细胞学、分子生物学、组织病理学、疾病的诊断和特征的关系。共同探索生理病理基础和分子细胞生物学机制,筛选皮肤病、自身免疫性疾病等疑难疾病的识别、诊断和鉴别诊断依据,建立全新完整的多光子细胞诊断数据库,明确不同疾病的多光子临床检测设备产品标准。在讨论环节,来自病理科、呼吸中心、心内科、神经内科、皮肤科、研究所的多位医生和科研人员结合各自的工作领域,与王爱民副教授进行了热烈的讨论。其中,毛发中心杨顶权主任拟再次邀请王爱民副教授进行学术交流。通过此次学术交流,病理学系和研究所分别与王爱民副教授课题组达成了初步合作意向。双光子显微镜能够进行光裂解、光转染和光损伤等光学操纵。国内2PPLUS双光子显微镜授权商
于双光子激发需要两个光子同时到达,因此只有在焦点附近的样品区域才会激发,从而实现三维成像和高分辨率。布鲁克双光子显微镜应用是什么
在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下,北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民医学科学院组成跨学科团队,历经三年多的协同奋战,成功研制新一代高速分辨微型化双光子荧光显微镜,并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊NatureMethods(IF25.3),并已申请多项。布鲁克双光子显微镜应用是什么
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