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光纖滑環在光遺傳學中的應用——思銳達光纖滑環
發布時間:2019-09-26 | 瀏覽次數:
光纖滑環在光遺傳學中的應用——思銳達光纖滑環

通道視紫紅質(ChR)是源自衣藻屬(Chlamydomonas)微藻的光門控離子通道。它們是藻類中的光敏蛋白質,微生物使用它們來指引朝向或遠離光源。這些光活化蛋白類似于脊椎動物眼中發現的視紫紅質蛋白。ChR是跨膜蛋白,當暴露于光時會改變構象,使陽性陽離子進入細胞。在藻類中,如在哺乳動物眼中,這種離子的流入可用于神經元傳遞信息。在靜止條件下,神經元是超極化的,或者它們具有與細胞外環境相關的負膜電位。如果有大量帶正電荷的離子,神經元會開始去極化,如果去極化超過一定閾值電壓,則門控離子通道打開,神經元發出動作電位。這是神經元在大腦中相互通信的主要方式。

光遺傳學.jpg

神經元有許多固有的離子通道,可引起神經元放電,但在2000年初,研究人員開始嘗試使用插入哺乳動物神經元的ChRs來實現這些細胞的光驅控制,并于2005年正式進行光遺傳學研究。從那時起,光遺傳學工具箱中增加了許多令人興奮的新工具,有助于促進這一研究領域的指數級擴展。使用光來打開,并以生物學相關的方式關閉神經元和神經膠質細胞,具有解剖學和細胞類型特異性,實現了以前不可能實現的神經科學目標。這項新興技術最令人興奮的方面之一是其在動物行為中的應用潛力。

嚙齒動物中的光遺傳學光刺激主要使用兩種技術完成,使用LED或激光發射。然后使用多模光纖將這種光傳遞給動物,所述光纖連接到腦區域的光電極。這些大芯徑光纖對于提供激活視蛋白所需的可見光波長(450-650nm,取決于視蛋白)以及在組織中具有足夠的光強度和光擴散是必要的。透過腦組織的光量取決于內部的光散射組織的光吸收,以及光離開光纖后的錐形擴散。這可以使用Kubelka-Munk在散射和吸收介質中光傳播的理論形式化。因此,纖維直徑通常為100-400uM,具有最寬的數值孔徑,以便于光擴散(0.39 NA或更大)。已經開發了一種在線計算器來計算光擴散,同時考慮所有這些變量。在清醒,無拘束的動物中提供光學刺激對于理解不同大腦區域如何影響行為至關重要,但它也提供了一些挑戰。

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自由移動的動物中的光纖光刺激需要光纖滑環。當無限制的動物沿圓周方向移動時,光纖在這些應力下非常容易破裂。為了抵消這種旋轉剪切力,必須使光纖跳線能夠自由旋轉,具有非常低的摩擦力,以允許以最小的壓力讓動物自由移動。我們使用帶有FC插座系列的光纖滑環。這樣我們就可以決定光纜的類型和理想的長度。它的獨特之處在于它允許我們為多個長期使用的動物使用一個光源,而不必斷開它們的頭部安裝。這在處理壓力會影響數據的情況下非常有用。光纖滑環具有極低的插入損耗和回波損耗性能,適用于光遺傳學研究中常用的單模和多模光纖。

不斷擴展的工具箱和光遺傳學提供的時間和神經元特異性細胞操作的獨特優勢使其成為神經科學研究中發展最快,最令人興奮的新領域。隨著這一領域持續成倍增長,那些看到了解決光遺傳學中固有的工程挑戰(如思銳達)的優勢的公司將有助于培養將導致未來科學突破的創新,無論是我們如何理解大腦功能,治療疾病。光遺傳學研究的未來真的很光明。


 
 

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