飛秒激光刺激誘導星形膠質細胞鈣信號及其通信研究.pdf

1、星形膠質細胞通過鈣信號與神經(jīng)元網(wǎng)絡發(fā)生雙向通信,并在神經(jīng)元與其它腦細胞間起中介作用,在大腦中發(fā)揮更復雜、更重要的新功能。研究星形膠質細胞的一項關鍵技術是激活細胞產(chǎn)生鈣信號;然而傳統(tǒng)方法都難以實現(xiàn)非侵入、高時空靶向的特異性激活。飛秒激光能夠對生物結構進行精細的納米操控,已被應用于多個研究領域。因此,本文提出飛秒激光刺激激活星形膠質細胞網(wǎng)絡的方法,并初步探討了單個星形膠質細胞內(nèi)鈣信號的整合和光刺激誘導的星形膠質細胞-神經(jīng)元通信。
　　

2、聚焦于星形膠質細胞上表面細胞膜的飛秒激光,誘導了以靶標細胞為中心向外呈輻射狀傳播的胞間鈣波,激活了星形膠質細胞網(wǎng)絡。細胞膜靶點處FM熒光亮點,無鈣外液抑制鈣響應,胞內(nèi)碘化丙碇熒光,都證明飛秒激光刺激是通過在細胞膜形成穿孔效應實現(xiàn)的。進一步實驗表明穿孔是局部而瞬時的,不會影響細胞的存活及正常功能。
　　詳細闡述了飛秒激光刺激誘導的星形膠質細胞網(wǎng)絡鈣信號的特征。細胞網(wǎng)絡鈣波的傳播速率隨時間呈指數(shù)下降;發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)鈣振蕩和胞間鈣振蕩波的現(xiàn)象

3、;證明細胞網(wǎng)絡鈣波的傳播主要是由ATP激活代謝型受體介導的;提高飛秒激光刺激強度,對應獲得增強的星形膠質細胞鈣信號,包括被刺激細胞內(nèi)鈣升高幅度增加,鈣波范圍增加和傳播速率提高,表明星形膠質細胞鈣信號的光刺激強度依賴性。
　　結合飛秒激光刺激和基于聲光偏轉器的快速光束偏轉技術,在自建的隨機掃描雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)上建立雙點刺激實驗模式,初步探討了單個星形膠質細胞內(nèi)鈣信號的整合。發(fā)現(xiàn)被刺激細胞內(nèi)三種鈣信號傳播的模式:延遲型,緩慢型,和

4、混合型。采用鈣信號起始延遲時間、上升時間和相對幅度3個參數(shù),評價單個星形膠質細胞內(nèi)鈣信號的整合效應——響應傾向于起始提前,上升相加快,幅度上表現(xiàn)出亞線性加和,說明整合結果為加快了鈣信號的動力學。
　　在混合培養(yǎng)的海馬星形膠質細胞和神經(jīng)元網(wǎng)絡上,飛秒激光刺激誘導了星形膠質細胞-神經(jīng)元通信。飛秒激光刺激激活星形膠質細胞的同時,觸發(fā)了網(wǎng)絡中神經(jīng)元的鈣響應,且響應時間與它距刺激靶標細胞的距離呈近似線性的關系。發(fā)現(xiàn)星形膠質細胞的鈣信號能夠調(diào)