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光纤滑环在光遗传学中的应用——思锐达光纤滑环
发布时间:2019-09-26 | 浏览次数:
光纤滑环在光遗传学中的应用——思锐达光纤滑环

通道视紫红质(ChR)是源自衣藻属(Chlamydomonas)微藻的光门控离子通道。它们是藻类中的光敏蛋白质,微生物使用它们来指引朝向或远离光源。这些光活化蛋白类似于脊椎动物眼中发现的视紫红质蛋白。ChR是跨膜蛋白,当暴露于光时会改变构象,使阳性阳离子进入细胞。在藻类中,如在哺乳动物眼中,这种离子的流入可用于神经元传递信息。在静止条件下,神经元是超极化的,或者它们具有与细胞外环境相关的负膜电位。如果有大量带正电荷的离子,神经元会开始去极化,如果去极化超过一定阈值电压,则门控离子通道打开,神经元发出动作电位。这是神经元在大脑中相互通信的主要方式。

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神经元有许多固有的离子通道,可引起神经元放电,但在2000年初,研究人员开始尝试使用插入哺乳动物神经元的ChRs来实现这些细胞的光驱控制,并于2005年正式进行光遗传学研究。从那时起,光遗传学工具箱中增加了许多令人兴奋的新工具,有助于促进这一研究领域的指数级扩展。使用光来打开,并以生物学相关的方式关闭神经元和神经胶质细胞,具有解剖学和细胞类型特异性,实现了以前不可能实现的神经科学目标。这项新兴技术最令人兴奋的方面之一是其在动物行为中的应用潜力。

啮齿动物中的光遗传学光刺激主要使用两种技术完成,使用LED或激光发射。然后使用多模光纤将这种光传递给动物,所述光纤连接到脑区域的光电极。这些大芯径光纤对于提供激活视蛋白所需的可见光波长(450-650nm,取决于视蛋白)以及在组织中具有足够的光强度和光扩散是必要的。透过脑组织的光量取决于内部的光散射组织的光吸收,以及光离开光纤后的锥形扩散。这可以使用Kubelka-Munk在散射和吸收介质中光传播的理论形式化。因此,纤维直径通常为100-400uM,具有最宽的数值孔径,以便于光扩散(0.39 NA或更大)。已经开发了一种在线计算器来计算光扩散,同时考虑所有这些变量。在清醒,无拘束的动物中提供光学刺激对于理解不同大脑区域如何影响行为至关重要,但它也提供了一些挑战。

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自由移动的动物中的光纤光刺激需要光纤滑环。当无限制的动物沿圆周方向移动时,光纤在这些应力下非常容易破裂。为了抵消这种旋转剪切力,必须使光纤跳线能够自由旋转,具有非常低的摩擦力,以允许以最小的压力让动物自由移动。我们使用带有FC插座系列的光纤滑环。这样我们就可以决定光缆的类型和理想的长度。它的独特之处在于它允许我们为多个长期使用的动物使用一个光源,而不必断开它们的头部安装。这在处理压力会影响数据的情况下非常有用。光纤滑环具有极低的插入损耗和回波损耗性能,适用于光遗传学研究中常用的单模和多模光纤。

不断扩展的工具箱和光遗传学提供的时间和神经元特异性细胞操作的独特优势使其成为神经科学研究中发展最快,最令人兴奋的新领域。随着这一领域持续成倍增长,那些看到了解决光遗传学中固有的工程挑战(如思锐达)的优势的公司将有助于培养将导致未来科学突破的创新,无论是我们如何理解大脑功能,治疗疾病。光遗传学研究的未来真的很光明。


 
 

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