細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號(hào)分子其作用具有時(shí)間性和空間性。當(dāng)diyi個(gè)細(xì)胞興奮時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)電沖動(dòng)，此時(shí)，細(xì)胞外的鈣離子流入該細(xì)胞內(nèi)，促使這個(gè)細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞膜上的蛋白分子結(jié)合，促使這一級(jí)神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生新的電沖動(dòng)。以此類推，神經(jīng)信號(hào)便一級(jí)一級(jí)地傳遞下去，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號(hào)體系，*終形成了學(xué)習(xí)、記憶等大腦的高級(jí)功能。在哺乳動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號(hào)分子的角色。鈣信號(hào)在大腦皮層中更能反映神經(jīng)元的活性,因此神經(jīng)元鈣信號(hào)的檢測(cè)對(duì)研究大腦皮層功能至關(guān)重要。北京光遺傳鈣成像生產(chǎn)廠家

解決鈣離子信號(hào)和BOLD信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能核磁共振成像主要依賴于神經(jīng)元興奮后局部耗氧與血流振幅的不一致，通過測(cè)定血氧水平依賴性（BOLD）信號(hào)間接反映神經(jīng)元活動(dòng)。而鈣成像技術(shù)則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動(dòng)。將這兩種技術(shù)聯(lián)用，需要考慮BOLD信號(hào)和鈣離子濃度變化之間的轉(zhuǎn)換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號(hào)轉(zhuǎn)換為BOLD信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這兩者之間比較大的關(guān)聯(lián)。研究人員利用鈣離子指示劑工具小鼠發(fā)現(xiàn)在低頻刺激下（0.009–0.08赫茲），小鼠皮層鈣離子活動(dòng)變化與BOLD信號(hào)的一致性比較好。此外，鈣離子活動(dòng)變化與BOLD功能連接的關(guān)聯(lián)存在區(qū)域的依賴性：鈣離子和BOLD連接強(qiáng)度相關(guān)性在桶狀皮層與同側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈正相關(guān)關(guān)系（同步化），但與對(duì)側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈負(fù)相關(guān)。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細(xì)胞群的協(xié)同神經(jīng)活動(dòng)。光遺傳鈣成像哪里有通過鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。

指示劑是如何負(fù)載細(xì)胞，目前有三種在神經(jīng)元上填充鈣離子指示劑的方法，且都可以用于體內(nèi)和體外研究。第一種方法是利用玻璃吸管將膜滲透性鹽或葡聚糖形式的指示劑注入單個(gè)神經(jīng)元中。此方法方便實(shí)驗(yàn)者控制單個(gè)神經(jīng)元內(nèi)的鈣離子指示劑濃度且信噪比較高。第二種是利用“批量加載”的方法將鈣離子指示劑染料負(fù)載神經(jīng)元，觀察對(duì)象為一群神經(jīng)元。盡管此方法可能導(dǎo)致一些膠質(zhì)細(xì)胞也被指示劑所標(biāo)記，但明顯提高了整體神經(jīng)元的標(biāo)記百分比，使研究者得以觀察到一群神經(jīng)元內(nèi)動(dòng)作電位相關(guān)性的活動(dòng)。第三種也較為常用，通過病毒轉(zhuǎn)染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。

鈣是機(jī)體的組成元素之一。鈣離子作為電流載體維持細(xì)胞內(nèi)外的電化學(xué)梯度，同時(shí)在細(xì)胞的生命活動(dòng)中扮演著重要角色。作為第二信使，鈣參與細(xì)胞周期、細(xì)胞代謝、細(xì)胞分化、壞死、凋亡等等許多重要的生理過程。細(xì)胞內(nèi)的鈣離子水平通常很低，一般胞漿中的自由鈣約為100nM。胞內(nèi)的鈣可被各種亞細(xì)胞器所貯存，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道：其中約50%位于細(xì)胞核，30%位于線粒體，14%位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，5%位于胞膜上，1%位于胞質(zhì)內(nèi)，且因?yàn)殁}離子易與磷酸和碳酸復(fù)合物形成不溶物，故游離鈣只占[1]。細(xì)胞可以通過鈣內(nèi)流、內(nèi)鈣釋放及膜系統(tǒng)上的降鈣蛋白等一整套完整的監(jiān)控系統(tǒng)來維持細(xì)胞內(nèi)鈣的內(nèi)穩(wěn)狀態(tài)。例如與鈣內(nèi)流相關(guān)的通道例如電壓門控性鈣離子通道VDCC、受體活躍的通道RACC；與內(nèi)鈣釋放相關(guān)的受體如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3受體；以及降鈣相關(guān)的脂膜及線粒體上的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)拟}泵系統(tǒng)等等[2]。近20年來鈣的熒光成像及測(cè)定技術(shù)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了各種各樣的鈣熒光指示劑，結(jié)合不斷發(fā)展的顯微成像系統(tǒng)，我們可以對(duì)活細(xì)胞的鈣離子進(jìn)行測(cè)定及成像，進(jìn)一步揭示其生理機(jī)制及相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制。鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它們可以結(jié)合鈣離子從而顯示一個(gè)光譜響應(yīng)。鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一。

傳統(tǒng)的寬場(chǎng)熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進(jìn)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(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進(jìn)行活動(dòng)動(dòng)物成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時(shí)程yizhi(Wangetal.,2000)；觀察活動(dòng)小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究。專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。上海新型鈣成像廠家直銷

鈣離子在很多生理活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用。北京光遺傳鈣成像生產(chǎn)廠家

想要對(duì)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效的檢測(cè)，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度xianzhu增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長范圍，鈣離子指示劑可以分為可見光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見的鈣離子指示劑有以下幾種：紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。北京光遺傳鈣成像生產(chǎn)廠家

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