細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當diyi個細胞興奮時，產生了一個電沖動，此時，細胞外的鈣離子流入該細胞內，促使這個細胞分泌神經(jīng)遞質，神經(jīng)遞質與相鄰的下一級神經(jīng)細胞膜上的蛋白分子結合，促使這一級神經(jīng)細胞產生新的電沖動。以此類推，神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去，從而構成復雜的信號體系，*終形成了學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。鈣信號在大腦皮層中更能反映神經(jīng)元的活性,因此神經(jīng)元鈣信號的檢測對研究大腦皮層功能至關重要。北京光遺傳鈣成像生產廠家

解決鈣離子信號和BOLD信號轉換：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，通過測定血氧水平依賴性（BOLD）信號間接反映神經(jīng)元活動。而鈣成像技術則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動。將這兩種技術聯(lián)用，需要考慮BOLD信號和鈣離子濃度變化之間的轉換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號轉換為BOLD信號，實現(xiàn)這兩者之間比較大的關聯(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變化與BOLD信號的一致性比較好。此外，鈣離子活動變化與BOLD功能連接的關聯(lián)存在區(qū)域的依賴性：鈣離子和BOLD連接強度相關性在桶狀皮層與同側半球內的腦區(qū)呈正相關關系（同步化），但與對側半球內的腦區(qū)呈負相關。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細胞群的協(xié)同神經(jīng)活動。光遺傳鈣成像哪里有通過鈣成像技術發(fā)現(xiàn)當神經(jīng)元活動的時候，胞內鈣離子濃度能上升 10 - 100 倍。

指示劑是如何負載細胞，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神經(jīng)元中。此方法方便實驗者控制單個神經(jīng)元內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載神經(jīng)元，觀察對象為一群神經(jīng)元。盡管此方法可能導致一些膠質細胞也被指示劑所標記，但明顯提高了整體神經(jīng)元的標記百分比，使研究者得以觀察到一群神經(jīng)元內動作電位相關性的活動。第三種也較為常用，通過病毒轉染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。

鈣是機體的組成元素之一。鈣離子作為電流載體維持細胞內外的電化學梯度，同時在細胞的生命活動中扮演著重要角色。作為第二信使，鈣參與細胞周期、細胞代謝、細胞分化、壞死、凋亡等等許多重要的生理過程。細胞內的鈣離子水平通常很低，一般胞漿中的自由鈣約為100nM。胞內的鈣可被各種亞細胞器所貯存，據(jù)文獻報道：其中約50%位于細胞核，30%位于線粒體，14%位于內質網(wǎng)，5%位于胞膜上，1%位于胞質內，且因為鈣離子易與磷酸和碳酸復合物形成不溶物，故游離鈣只占[1]。細胞可以通過鈣內流、內鈣釋放及膜系統(tǒng)上的降鈣蛋白等一整套完整的監(jiān)控系統(tǒng)來維持細胞內鈣的內穩(wěn)狀態(tài)。例如與鈣內流相關的通道例如電壓門控性鈣離子通道VDCC、受體活躍的通道RACC；與內鈣釋放相關的受體如內質網(wǎng)上的IP3受體；以及降鈣相關的脂膜及線粒體上的主動運輸?shù)拟}泵系統(tǒng)等等[2]。近20年來鈣的熒光成像及測定技術發(fā)展迅速，出現(xiàn)了各種各樣的鈣熒光指示劑，結合不斷發(fā)展的顯微成像系統(tǒng)，我們可以對活細胞的鈣離子進行測定及成像，進一步揭示其生理機制及相關疾病的發(fā)病機制。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，它們可以結合鈣離子從而顯示一個光譜響應。鈣離子也是神經(jīng)元活動的重要“風向標”之一。

傳統(tǒng)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(jīng)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(fā)展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行活動動物成像的時候實現(xiàn)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(jīng)元突觸后長時程yizhi(Wangetal.,2000)；觀察活動小鼠運動皮層神經(jīng)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(jīng)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。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中都發(fā)揮著重要作用。北京光遺傳鈣成像生產廠家

想要對鈣離子的動態(tài)變化進行有效的檢測，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合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結合后，熒光強度xianzhu增強。利用這一原理，可以通過指示劑的信號強弱來觀察細胞內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、轉基因Ca2+指示劑。北京光遺傳鈣成像生產廠家

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