上海荧光显微钙成像nVoke

时间:2024年09月16日 来源:

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。钙离子在很多生理活动中都发挥着重要作用。上海荧光显微钙成像nVoke

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目前可用的指示剂较多,根据荧光光谱、与钙离子亲和力及其化学特性的不同大致分为化学性钙离子指示剂和基因编码钙离子指示剂。前者指可特异性与钙离子结合的小分子,常用的有fura-2、indo-1等;而后者主要指来源于绿色荧光蛋白GFP及其变异体的蛋白质,可与钙调蛋白和肌球蛋白轻链激酶M13域结合,常用的有GCaMP、TN-XXL等,其中GCaMP5G和GCaMP6被广泛应用于在体钙成像研究中。生物荧光蛋白:Aequorin是水母荧光素(coelenterazine)通过硫酸酯键或过氧化键紧紧连到脱辅水母发光蛋白上形成的,遇到钙离子就发出470nm蓝光,可以作为钙离子的检测试剂;化学钙离子指示剂:Fura-2可在紫外光下被jihuo且发射出505-520nm光;基于FRET的基因编码的钙指示剂;单个荧光基因编码的钙指示剂。江苏神经细胞钙成像代理钙成像技术(calcium imaging)是指利用钙离子指示剂或指示监测组织内钙离子浓度的方法。

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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。

哺乳动物进入睡眠后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。双光子荧光显微镜能够在进行活动动物成像的时候实现高分辨率和高信噪比。

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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,较终形成学习、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。钙成像技术利用钙离子流的优势在活神经细胞上直接可视化钙信号。光遗传钙成像

钙离子成像可以用于感知觉,学习记忆,社会性行为等各种各样的研究中。上海荧光显微钙成像nVoke

可见光激发Ca2+荧光探针:与紫外光激发探针相比,可见光激发Ca2+探针具有更强的染料吸收性能,对Ca2+变化水平检测敏感度也更高,能够降低对活细胞的光毒性和样品自发荧光以及光散射的干扰,且无光谱偏移。较常使用的可见光激发Ca2+荧光探针有Fluo-3,Fluo-4,Rhod-2等,同时他们也都是非比率型指示剂。Fluo-3是较常用的可见光激发Ca2+荧光指示剂之一,是典型的的单波长指示剂,比较大激发波长为506nm,比较大发射波长为526nm。它与Ca2+结合之前几乎无荧光,结合后荧光会增加60至100倍,从而避免了细胞自身的荧光干扰。实际检测时推荐使用的激发波长为488nm左右,发射波长为525~530nm(图3)。Fluo-3可以用在激光共聚焦显微成像或流式细胞仪中。它还有一个升级版本Fluo-4,在相同Ca2+浓度下信号更强。上海荧光显微钙成像nVoke

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