鈣離子在很多生理活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細(xì)胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一：當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動(dòng)作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時(shí)，細(xì)胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開，大量鈣離子內(nèi)流，包含神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡由突觸前膜釋放至后膜，下游神經(jīng)元就得以接受到上游的信號(hào)。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢?，從而幫助我們了解神?jīng)元集群的活動(dòng)，可以用于感知覺，學(xué)習(xí)記憶，社會(huì)性行為等各種各樣的研究中神經(jīng)方面科學(xué)迫切需要一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)。北京熒光顯微鈣成像
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(wú)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(lái)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(zhǎng)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。寧波神經(jīng)細(xì)胞鈣成像nVista3.0鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢弧?/p>
眾所周知，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)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(shí)受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)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(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。
鈣成像技術(shù)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，以下是一些常見的應(yīng)用場(chǎng)景：1.神經(jīng)科學(xué)研究：鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究神經(jīng)元活動(dòng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能?？梢杂^察神經(jīng)元的鈣離子動(dòng)態(tài)變化，揭示神經(jīng)元的興奮性和抑制性活動(dòng)，研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接和信息傳遞。2.細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)研究：鈣離子在細(xì)胞內(nèi)起著重要的信號(hào)傳導(dǎo)作用。鈣成像技術(shù)可以用于研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度變化，揭示細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的機(jī)制和調(diào)控過程。3.細(xì)胞凋亡研究：鈣離子在細(xì)胞凋亡過程中扮演重要角色。鈣成像技術(shù)可以用于觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的變化，研究細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)和執(zhí)行過程。4.藥理學(xué)研究：鈣成像技術(shù)可以用于評(píng)估藥物對(duì)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的影響。可以研究藥物的作用機(jī)制、藥物的劑量效應(yīng)關(guān)系等。5.疾病研究：鈣成像技術(shù)可以應(yīng)用于研究與鈣離子信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的疾病，如神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病等?？梢越沂炯膊“l(fā)生及發(fā)展的機(jī)制，為疾病的診斷和診療提供依據(jù)。總之，鈣成像技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)和疾病研究等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，可以幫助揭示生物過程的機(jī)制和疾病的發(fā)生及發(fā)展過程。鈣成像技術(shù)能直接測(cè)量神經(jīng)元和神經(jīng)元組織中動(dòng)態(tài)的鈣流動(dòng)。
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(zhǎng)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。用標(biāo)準(zhǔn)行為測(cè)定法進(jìn)行成像和行為實(shí)驗(yàn)的時(shí)間同步可進(jìn)行深部腦區(qū)鈣成像。上海神經(jīng)細(xì)胞鈣成像grain lens
可以對(duì)深部腦區(qū)、皮層區(qū)域等大部分腦區(qū)進(jìn)行鈣成像使用鈣離子指示蛋白。北京熒光顯微鈣成像
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(diǎn)的致密神經(jīng)回路報(bào)告，報(bào)告顯示來(lái)自神經(jīng)纖維的偽信號(hào)明顯減少，信噪比增加，神經(jīng)元之間的偽影相關(guān)性降低。這些結(jié)果均說明GCaMP6f和GCaMP7f的細(xì)胞體靶向變體（Soma-GCaMP6f，Soma-GCaMP7f）對(duì)提高單光子熒光成像技術(shù)的精細(xì)性起到著重要作用。這種胞體靶向突變體對(duì)提高神經(jīng)信號(hào)標(biāo)記的精細(xì)性是否具有組織特異性或物種特異性呢？研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問題，分別在小鼠不同腦區(qū)以及斑馬魚幼魚的整胚轉(zhuǎn)染和斑馬魚不同發(fā)育時(shí)期的信號(hào)采集等方面進(jìn)行研究。北京熒光顯微鈣成像
