飞秒激光测控神经活动

飞秒激光双光子显微成像技术在神经科学研究中发挥着重要作用. 实验中采用自行改进的双光子成像技术探测大鼠皮层脑片神经元钙活动, 记录到自发以及电刺激、药物刺激诱导的钙活动, 同时记录到飞秒激光诱发的神经钙活动. 结果表明, 神经元钙升高的幅度与其对应电活动强度呈线性关系; 谷氨酸能够诱导神经元产生大幅度的钙升高, 但当多次刺激时其钙响应的幅度降低; 通过同时记录多个神经元的自发钙信号, 可以分析判断这些细胞属于不同的微回路; 飞秒激光能诱导细胞的局部钙升高和整体钙升高. 飞秒激光神经活动测量和控制方法具有非接触、无损伤、可精确重复的优点, 为进一步认识神经生物现象提供了行之有效的实验手段.     

星形胶质细胞通过溶酶体释放信号分子ATP

星型胶质细胞是神经系统中数量最多的细胞,过去多认为在神经系统中只起被动的营养和支持作用,而不具备信号处理和传递的功能.近年来研究表明,星形胶质细胞不但表达多种受体和通道蛋白,还可分泌多种营养因子和信号分子,对神经系统的发育和功能的调节起着重要的作用,但星形胶质细胞分泌信号分子的机制还不清楚.     

转化神经基因组学:解读复杂大

正神经基因组学领域近期的发展正在以史无前例的规模探索大脑的奥秘。基因组学技术的发展同神经生物学工具结合在一起,催生了大量新发现,改变了我们对大脑连接性及其向复杂大脑疾病过渡的认识。重要的例子是:对神经毒性反应性星形细胞的鉴定形成了我们对大脑线路的认识,星形细胞由受激活小神经胶质细胞诱导的,可以导致神经元和少树突胶质细胞的死亡。这些畸变的星形细胞在     

细胞突起损伤对细胞活性的影响

研究了嗅鞘细胞突起不同位置的飞秒激光手术损伤对细胞活性的影响, 探讨了细胞损伤、修复和死亡的动力学过程. 功率100 μW、切割速度2 μm/s的紧聚焦飞秒激光对小直径的细胞突起切割两次, 观察突起不同位置的损伤对细胞活性的影响; 采用同样参数对大直径的细胞突起切割6次, 观察损伤后细胞的变化. 当细胞突起直径较小时, 无论是突起末端、中部还是根部的损伤都不能使细胞死亡, 损伤的细胞在3 h内恢复了活性; 当突起直径较大时, 多次的飞秒激光损伤导致细胞的胀亡. 通过飞秒激光手术对细胞突起损伤和诱导胀亡的研究, 提出了飞秒激光细胞损伤的多种机制, 探讨了飞秒激光诱发细胞内部钙波的形成、细胞形态学变化和胀亡的动力学. 因此, 飞秒激光手术为建立细胞损伤模型和研究细胞动力学提供了一个非常重要的方法.     

体外诱导脑膜来源的iPS 细胞形成神经样的细胞

单层贴壁的培养方法能够在无血清的情况下将胚胎干细胞(ES 细胞)诱导分化形成神经 样的细胞. 重编程小鼠脑膜细胞产生的多能干细胞(iPS 细胞) C5, 也可以运用诱导ES 细胞神经 发生的方法来诱导神经特异性标志基因Sox1, Sox3, Pax6, Nestin 和Tuj1 的表达; 与之相反, 随 着分化的进行, ES 细胞特异性的标志基因Oct4 和Nanog 的表达量迅速降低. 通过细胞免疫荧 光技术, 可以检测到大量Pax6 和Nestin 阳性的神经前体细胞的存在, 并且随着时间的推移, 这 些前体细胞能够分化形成3 类中枢神经系统的细胞, 分别是神经元、星形胶质细胞和少突胶质 细胞. 体外诱导iPS 细胞形成的个体特异性细胞可以作为研究遗传类疾病机制的工具, 并且可 用来治疗机能紊乱和年老的神经组织. 此外, 脑膜细胞由于高表达胚性调控因子Sox2, 更容易 被逆分化形成iPS 细胞, 为此将更加胜任于临床治疗应用.     

飞秒激光诱导周期性表面结构及其应用

近年来,飞秒激光微纳加工技术引起了科学界的广泛关注.飞秒激光脉冲凭借其超短脉宽及超强的瞬时功率,较传统的激光加工有着明显的优势:几乎可以加工任何材料,非接触加工,非热加工,加工精度高,能够加工亚微米级结构和三维复杂结构,加工过程耗能低.飞秒激光加工材料的过程中会产生周期性的表面结构,这些表面结构会对材料的表面性能产生明显的影响,并且在国防、医疗、高端制造等多个领域具有巨大的应用潜力.因此,国内外研究人员对飞秒激光诱导周期性表面结构进行了系统深入的理论研究和实验研究.本文简要阐述了飞秒激光的基本特点及飞秒激光微纳加工的独特优势,对近年来关于飞秒激光诱导周期性表面结构(laser induced periodic surface structure,LIPSS)的理论与实验研究进行了综述,并阐述了这种周期性表面结构对材料表面浸润特性、光学特性以及表面拉曼增强的影响和研究进展,最后对LIPSS未来的研究方向进行了预测和展望.     

刺激调制下的低频自发振荡信号时空分析

利用光学功能成像技术研究了刺激条件下SD大鼠体感区低频自发振荡信号的时空规律, 发现了左、右脑体感区的低频振荡信号在刺激后具有幅度增强、相位发生改变、趋于同步的现象, 并据此讨论了低频自发振荡的产生机理, 认为细小动脉的舒缩对绿光((546±10) nm)下皮层中的自发振荡贡献很大. 此外, 还研究了动脉、静脉与皮层三处的低频振荡信号的相对相位关系, 发现红光((605±10) nm)下静脉和皮层的低频振荡信号有明显的相位差别, 皮层领先静脉0.6~1.0 s; 绿光下, 动脉、静脉和皮层三处的相位差别不明显, 三者基本同步. 分析认为, 绿光下在血管处采集的振荡信号与皮层处采集的振荡信号的形成机理可能不同.     

鸟苷酸交换因子Vav1通过结合钙调素蛋白对T淋巴细胞钙信号进行调节

T淋巴细胞钙信号的活化能够调节核转录因子NFAT(nuclear factor of activated T cells)的活性,并控制IL-2等重要蛋白因子的表达,对T淋巴细胞的发育和功能具有重要意义.Vav1是一类在造血细胞中表达的鸟苷酸交换因子,能够控制细胞骨架重排以及T细胞的活化.研究表明,Vav1能够对T细胞受体(T cell receptor,TCR)介导的细胞钙信号传导进行调节.在Vav1缺失的细胞中,钙离子信号传导存在重大缺陷,其机制可能涉及Vav1对磷脂酶PLCγ-1(phospholipase C-γ1)活性的控制.     

CNTF非经典信号传导途径的神经保护功能

先前我们曾提出, 在已知的CNTF信号传导通路上游可能存在新途径介导其神经保护作用. 运用原代培养大鼠海马神经元、活细胞连续照相、活细胞计数、活细胞内游离[Ca²⁺]测定及gp130免疫组化等方法, 以Glu离子型受体激动剂L-NMDA诱发海马神经元损伤为细胞损伤模型, 用JAK/STATs阻断剂PTPi-2阻断CNTF已知的经典信号传导途径, 观察CNTF非经典信号传导途径的神经保护功能, 并探讨其可能机制. 结果表明, L-NMDA可引起海马神经元的损伤反应, CNTF可有效抑制L-NMDA对神经元的毒性作用; 使用PTPi-2阻断已知的CNTF经典信号传导途径中JAK/STATs后, CNTF保护海马神经元抵抗L-NMDA的损伤作用仍然存在. L-NMDA可引起海马神经细胞内游离Ca²⁺浓度([Ca²⁺]_i)迅速升高, CNTF可显著减弱L-NMDA引起的[Ca²⁺]_i升高, 阻断CNTF的经典信号传导途径中JAK/STATs并不影响L-NMDA引起的[Ca²⁺]_i升高, 表明除了已知的经典信号传导通路, CNTF发挥保护海马神经元作用还有其他信号传导途径, 这一途径与胞内[Ca²⁺]有关.     

神经胶质细胞转化的神经元或可治疗帕金森病

正此类基因疗法的简便性和高效率使其极具潜力,有望治疗像帕金森病这样的神经系统疾病。近期,来自加州大学圣地亚哥分校的付向东团队在《自然》(Nature)发表文章表示,通过消解特定蛋白质,可使星形胶质细胞向神经元细胞转变,从而逆转帕金森病小鼠的病例症状。而在更早些时候,来自中国科学院杨辉团队也以相似的思路完成了神经元转变,并将研究成果发表于《细胞》(Cell)。毫无疑问,这两大重磅研究为人类攻克帕     

长时程光流刺激对猫PMLS区神经元自发活动的影响

采用胞外记录技术, 研究了猫PMLS区神经元在长时程光流刺激(包括平动、径向和旋转3种基本模式)后自发活动的变化. 结果显示, 细胞的视觉诱发反应随刺激时间的延长而下降, 在刺激撤除后, 细胞的自发活动普遍减弱. 通常在非最优方向的适应后, 细胞自发活动的下降程度较最优方向的适应后小. 此差异在平动刺激后尤为显著, 而在径向和旋转运动刺激后相对不明显. 这提示非特异的疲劳机制可能在对平动刺激的适应中起主要作用, 而对复杂光流的适应, 可能需要有较复杂的、具有方向特异性的机制参与. PMLS区可能在对较复杂运动的感知和适应、以及与此相关的运动后效应的产生中起重要作用.     

神经胶质细胞“一代宗师”

<正>巴瑞斯的研究发现,神经胶质细胞对于大脑突触可塑性和预防神经退行性失调症有至关重要的作用,这一发现让神经胶质细胞从配角摇身成为舞台明星。在过去25年里,本·巴瑞斯(Ben Barres)关于神经胶质细胞的研究成果从根本上改观了人们对于神经胶质细胞的印象。通过巴瑞斯的研究,这些在过去被认为只具有支持和结构功能的非常丰富的非神经元细胞(胶质细胞英文glia在希腊语中意为"胶水")     

睫状神经营养因子对新生大鼠培养星形细胞胶质化的影响

在新生大鼠混合培养胶质细胞机械划伤模型上,研究了睫状神经营养因子（ＣＮＴＦ）对反应性星形细胞胶质化的影响。损伤后,在损伤边缘可见典型的星形细胞胶质化过程,表现为扁平型星形胶质细胞增生肥大,其胞内ＧＦＡＰ表达增加,Ｏ－２Ａ前体细胞向受损区域迁移,并分化成为突起型星形胶质细胞。向培养基加入外源性ＣＮＴＦ可促进损伤边缘的扁平型星形胶质细胞的增生及ＧＦＡＰ的表达。结果提示ＣＮＴＦ可以加强损伤区的星形细胞胶     

BMP4对SVZa神经干细胞增殖和分化的调控

为了解BMPs在SVZa神经干细胞增殖和分化过程中的作用, 在使用不同浓度BMP4诱导SVZa神经干细胞增殖分化的基础上, 利用启动子活体荧光标记技术, 动态显示BMP4的表达. 结果表明, 低浓度(1~5 ng/mL)BMP4促进SVZa神经干细胞的增殖, 而高浓度BMP4 (10~100 ng/mL)抑制其增殖; BMP4在分化的早期(1~3 d)促进神经元的分化, 而在4 d以后抑制神经元的分化; 加入BMP4的拮抗剂Noggin可以阻断其作用. 在嗅球, BMP4的主要作用可能是促使神经元祖细胞退出细胞周期启动分化, 在RMS可能为促进其增殖并维持神经元祖细胞状态, 而在SVZa, BMP4则主要促进神经干细胞向星形胶质细胞分化.     

视网膜双极细胞——神经元信号整合的研究模型

神经元信号整合是神经网络的功能基础，目前正成为神经科学中的一个研究前沿。本文结合网膜双极细胞的形态和功能特性，论述了这些细胞的被动膜和主动膜特性，其突触输入的时间和空间分布，并分析了在不同视网膜适应状态下其信号整合的特点。     

石墨烯“隐形眼镜”电极及视网膜电图测量

正视网膜受光刺激后发生光转导过程,各类神经元和神经胶质细胞会产生电活动响应,整体记录这种电信号的动态变化过程就形成了视网膜电图(electroretinogram,ERG).ERG最早是在1865年由瑞典生物学家Holmgren~([1])记录蛙眼的视网膜给光反应时被发现的.经过后续长期的研究,人们对ERG信号各个组分的来源有了深入的认识,并且对测量仪器进行了大幅改进.尤其是在1941年,美国科学家     

细胞外钙调素的研究及其意义

细胞信号转导(signal transduction)目前已成为生物学中最热门的研究领域之一.按照Sutherland(1972)建立的模型,环境刺激及其诱导产生的激素等胞外信使(第一信使)作用于细胞膜,通过膜上受体、G蛋白、效应器等信号转换,产生胞内信使(第二信使),如环腺苷酸(cAMP)等,胞内信使再通过蛋白质可逆磷酸化过程传递信息,从而完成细胞生理反应及基因表达调控的全过程.目前基本上符合此模型的胞内信号系统除cAMP外,还有钙与钙调素系     

基于BMP图像边缘跟踪的飞秒激光微加工技术研究

针对复杂结构和图案的飞秒激光微加工, 提出了一种基于BMP图像边缘跟踪的飞秒激光微加工方法. 介绍了采用该方法实现复杂图形飞秒激光微加工的总体思路, 讨论了加工路径的提取、优化、跟踪和加工过程的反馈, 以及在此基础上开发的飞秒激光微加工数控程序等. 并利用此技术成功制备出二维微纳图案. 研究结果表明, 利用该技术可实现微米至亚微米级特征尺寸复杂图案和微纳结构的飞秒激光数控加工.     

MAP激酶调节蚕豆保卫细胞中ABA诱导的H2O2产生

已知许多蛋白激酶及蛋白磷酸酶参与了ABA诱导的气孔关闭信号转导过程, 而H2O2是ABA信号转导链的下游信号成分.运用表皮条生物学分析和激光共聚焦扫描技术, 研究促细胞分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)对蚕豆保卫细胞中ABA诱导H2O2产生的调节作用.用MEK1/2专一抑制剂(PD98059)处理蚕豆叶片的下表皮, 抑制了ABA诱导保卫细胞内H2O2的产生和气孔关闭.ABA和H2O2诱导气孔关闭后, 再用PD98059处理, 可以使关闭的气孔重新开放, 与之相对应的是PD98059使ABA诱导的、已增强了的H2O2探针荧光强度降低.而且PD98059不能阻断水杨酸诱导的H2O2的产生及其气孔的关闭, 因此, MEH1/2调节ABA诱导保卫细胞中H2O2产生和积累具有专一性.总之, PD98059通过抑制ABA诱导的H2O2的产生并清除其积累而阻断了ABA诱导的气孔关闭.因此, MAPK的激活在保卫细胞H2O2信号的产生、放大及其专一性应答信号刺激的反应中有着重要的调节作用.     

飞秒激光仿生制备极端浸润性表面

极端浸润性表面由于具有许多奇异的特性和重要的应用,近年来备受国际学术界和工业界的广泛关注.与传统微制造技术相比,飞秒激光微纳加工技术在设计制备复杂精细表面微纳结构方面具有非常突出的优势.飞秒激光近年来也被成功应用于调控固体材料表面的浸润性.本文系统总结了飞秒激光在制备不同极端浸润性表面方面的研究进展,包括超疏水表面、水下超疏油表面、水下超疏气表面、润滑液灌注滑动表面、可调粘滞性表面以及各向异性表面.本文从仿生制备的角度,阐述了各种超浸润表面飞秒激光构建的方法和思路,以及不同浸润性之间的关系,介绍了飞秒激光诱导极端浸润性表面的重要应用,探讨了该领域目前所面临的主要挑战,并对未来的发展进行了展望.