神经生物学研究

 

神经科学是一个涉及神经系统结构和功能研究的多学科领域,目的是了解认知和行为过程的发展,以及了解和找到疾病治疗方法,如阿尔茨海默氏症或帕金森氏症。显微技术的应用对于细胞和亚细胞水平的神经系统可视化以及观察特定背景下的任何分子变化至关重要。最近年来,深部组织成像方面的进展让人们对神经元功能有了更进一步的认识,一些新兴技术如遗传细胞标记和光遗传学也协同推动了这些发展。


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神经生物学研究的成像挑战

神经系统的研究往往需要高分辨率、深度成像和大断面可视化相结合。还需要灵活地对不同类型的样本进行图像处理,如活细胞、组织、有机化合物和模型生物体。

快速动态过程的研究,如细胞运输或突触重塑,需要高速显微镜。高速显微镜的主要挑战之一是获取高分辨率图像,同时避免荧光饱和。

神经科学研究通常涉及到大视野和立体成像。减少荧光散射和背景信号的需求使得获取高对比度和分辨率的图像变得困难,这在检查大脑切片等致密组织中的神经元结构时尤为关键。

图1 神经上皮细胞 普通款场显微镜与THUNDER Imager成像对比

Z-stack:59层(厚21μm),样本由德国Magdeburg FAN GmbH提供


神经生物学研究的显微镜方法

对于神经生物学而言,照亮黑暗的大脑,需要一束光,brainbow技术应允诞生,相继的各种标记方式已使得我们可以看到五颜六色的大脑结构。基于光学的研究方法已成为神经科学领域的主要研究手段,其中最具代表的实现了高分辨三维成像的光学成像技术、可以进行大范围神经记录的功能性成像技术,以及可运用光来精确控制神经功能的光遗传学技术,这些技术具有高空间分辨率、组织低损伤性和遗传特异性等优势,助力神经科学领域的研究取得了一系列突破。

对于深部活体成像,往往使用多光子显微镜,凭借近红外激发的能力减少了光散射,使深部成像具有最小的损伤性。光片显微镜对于光敏或3D样品也是比较好的选择,减少光毒性的同时又可以提供固有的光学切片和3D成像。

光遗传学是一种利用光控制神经活动的技术,能够研究特定的神经网络和细胞信号,需要在神经元细胞膜上表达光敏蛋白。利用光遗传学结合毫秒级精度计时方法在纳米尺度上深入研究潜力巨大,可以研究细胞动态过程中的特定时间点。

电生理学研究的是组织和细胞的电性,包括研究神经元的电性。神经和肌肉细胞的功能依赖于流经离子通道的离子电流。研究离子通道的一种方法是使用贴片夹紧法,该方法可以对离子通道进行详细的研究,并记录不同类型细胞的电活动,最典型的就是像神经元这样的可兴奋细胞。

2 斑马鱼胚胎复眼

图像通过TCS SP8 DLS采集。法国Illkirch-Graffenstaden IGBMC成像中心Basile Gurchenkov博士供图

神经生物学研究Leica方案

THUNDER Imagers

3大鼠原代细胞培养

Cy5(洋红色):β-型微管蛋白Rhod(红色):NG2蛋白,GFP(绿色):巢蛋白DAPI(蓝色):细胞核

THUNDER Imagers能够帮您获得对细节的清晰图像,即使是在完整样品内部,也能实时观察清晰图像。THUNDER Imagers获取锐利图像的能力从根本上改变了研究人员从事生物体、组织切片和器官等3D细胞培养物成像时的工作方式,并且可以使用比“标准”宽场显微镜更厚的切片和更大的组织。

 


STELLARIS Confocal Platform

斑马鱼后部侧线原基迁移

青色:膜,GFP;品红:细胞核,tdTomato。样品由德国海德堡EMBL Gilmour集团Jonas Hartmann提供。


STELLARIS让您看到更多细节,收集更准确的数据,精准验证您的假设。新一代大功率HyD检测器的协同作用,完全优化的光路设计,以及独特的白激光,使得成像性能超尘拔俗。STELLARIS提供更明亮的信号,使您获得的图像更清晰,并且拥有更强烈的对比度和更精致的细节,即使是多个低丰度信号。

STELLARIS DIVE

5 通过同时捕捉两个通道或在LAS X软件中进行光谱发射扫描并应用通道拆分,轻松分离活鼠皮层中表达的GFP(绿色)和YFP(红色)。

STELLARIS DIVE (Deep In Vivo Explorer) 是一款检测光谱可调谐的多光子显微镜,为深部活体成像提供了最大程度的穿透深度和对比度。借助STELLARIS DIVE,您可以对最深的视野和最细微的细节进行调节,同时可以对多色标记进行精准拆分。STELLARIS DIVE凭借其高精度和灵敏度使其成为活神经元成像的理想选择。

Leica凭借其独特的技术优势,从微观纳米尺度解析精细结构,到宏观活体样本的行为学研究,跨尺度的开启神经生物学研究的新窗口。Leica在神经领域的探索决不止步于此,凭借其革故鼎新的胆气,与众多科学家一起持续推进神经科学在宏观和微观层面蓬勃向上!

 


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