多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據具體的實驗需要進行選擇。同樣,選擇合適的檢測設備也是至關重要的。對于使用CCD/sCMOS相機的成像系統來說,有兩個要求是很基本的:采集速度:根據不同的應用所需的相機幀速也不同,對于神經細胞來說,一般要求相機速度至少在10fps以上,有些高速應用場景可能需要幾百甚至上千Hz的幀速。靈敏度:為了盡可能降低光漂白和其他副作用(特別是藍光激發時),需要降低激發光強度。因此相機要在較寬的發射光波長范圍上具有高靈敏度,才能檢測到弱光條件下的信號,并適應不同的染料的光譜發射特性。鈣成像技術被廣泛應用于同時監測成百上千個神經元內鈣離子的變化。哈爾濱熒光鈣成像大概費用
可見光激發Ca2+熒光探針:與紫外光激發探針相比,可見光激發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,能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發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Ca2+熒光探針有Fluo-3,Fluo-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Ca2+熒光指示劑之一,是典型的的單波長指示劑,比較大激發波長為506nm,比較大發射波長為526nm。它與Ca2+結合之前幾乎無熒光,結合后熒光會增加60至100倍,從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發波長為488nm左右,發射波長為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。重慶神經細胞鈣成像inscopix清醒動物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實踐中。
單光子顯微技術是較成熟的熒光顯微技術,但由于其使用的激發光波長較短,成像深度有限;能量較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測,但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。Derrick想重點介紹一下較為常用的觀察設備——雙光子熒光顯微鏡(Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy)。雙光子顯微成像技術是近些年發展起來的結合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發技術的一種新型非線性光學成像方法,采用長波激發,能對組織進行深層次成像。常用的比較好激發波長大多位于800-900nm,而水、血液和固有組織發色團對這個波段的光吸收率低,此外散射的激發光子不能激發樣品,因此背景第,光損傷小,適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術能準確定位細胞內置入的微電極位置,從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經細胞單個樹突棘中的鈣分布。
大家都知道,只有游離鈣才具有生物學活性,而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定,同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種,其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體(nAChR)和瞬時受體電位C型通道(TRPC)等。神經元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來,以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。現在鈣成像技術使用的鈣離子指示劑主要有化學性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。
傳統的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響,只能夠對大腦淺層的神經元或在離體組織上進行成像,共聚焦顯微鏡由于光損傷較大,一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術的迅速發展,在體鈣成像技術得到了蓬勃發展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行在體成像的時候實現高分辨率和高信噪比。例如,用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像,研究神經元突觸后長時程降低(Wangetal.,2000);觀察在體小鼠運動皮層神經元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過,這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定,而神經科學領域很多研究更希望能夠對自由活動的動物進行研究。近年來出現了通過植入性的microscope或microlens進行在體freelymoving動物鈣成像的技術。使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦,從特定腦區發出的熒光信號被光纖收集,然后通過Inscopix顯微鏡成像。動物頭部只需植入GRINlens,方便活動。鈣離子也是神經元活動的重要“風向標”之一。南京動物神經元鈣成像
鈣信號發揮著高度特異性的功能。哈爾濱熒光鈣成像大概費用
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回路報告,報告顯示來自神經纖維的偽信號明顯減少,信噪比增加,神經元之間的偽影相關性降低。這些結果均說明GCaMP6f和GCaMP7f的細胞體靶向變體(Soma-GCaMP6f,Soma-GCaMP7f)對提高單光子熒光成像技術的精細性起到著重要作用。這種胞體靶向突變體對提高神經信號標記的精細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以及斑馬魚幼魚的整胚轉染和斑馬魚不同發育時期的信號采集等方面進行研究。哈爾濱熒光鈣成像大概費用