顯微課堂：利用先進顯微鏡技術(shù)研究具有挑戰(zhàn)性的神經(jīng)系統(tǒng)標(biāo)本

用先進顯微鏡技術(shù)研究具有挑戰(zhàn)性的標(biāo)本有助于更好地理解神經(jīng)系統(tǒng)，從而推動研究和治療的突破

神經(jīng)科學(xué)常常需要對具有挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性質(zhì)的樣本進行研究，以更好地理解神經(jīng)系統(tǒng)和認(rèn)知過程。其主要目標(biāo)是開發(fā)更好的治療方法，治療阿爾茨海默病和帕金森病等疾病。它通常需要顯微鏡能夠在亞細(xì)胞層面觀察神經(jīng)并識別分子變化。徠卡提供全面的顯微鏡解決方案，幫助神經(jīng)科學(xué)家克服標(biāo)本難題，推動深層組織成像技術(shù)的進展，從而深入了解神經(jīng)元功能。

什么是神經(jīng)科學(xué)？

神經(jīng)科學(xué)是一個研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的多學(xué)科領(lǐng)域。其目的是理解認(rèn)知和行為過程的發(fā)展，并理解并尋找治療阿爾茨海默病或帕金森病等疾病的治療方法。

顯微鏡技術(shù)對于在細(xì)胞和亞細(xì)胞層面可視化神經(jīng)系統(tǒng)，并在其中觀察任何分子變化至關(guān)重要。深層組織成像的最新進展為神經(jīng)元功能提供了更多見解。細(xì)胞標(biāo)記和光遺傳學(xué)等新興技術(shù)補充了這些發(fā)展。

在該神經(jīng)元中，細(xì)胞核用DAPI標(biāo)記（藍(lán)色）、微管蛋白用Cy3標(biāo)記（綠色）、巢狀蛋白用Cy5標(biāo)記（紅色），DCX用Cy2標(biāo)記（品紅色）。該圖像是用DMi8 S 顯微鏡拍攝的。

神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù)

神經(jīng)系統(tǒng)研究通常需要結(jié)合標(biāo)本大切片的可視化和高分辨率成像。此外，具備對不同類型標(biāo)本進行成像的靈活性也很重要，比如活細(xì)胞、組織、類器官和模式生物。

研究快速動態(tài)過程，如細(xì)胞運輸或突觸重塑，需要高速顯微鏡技術(shù)。其主要挑戰(zhàn)之一是如何在避免熒光飽和的情況下獲得高分辨率圖像。

為了獲得關(guān)于神經(jīng)系統(tǒng)的有用數(shù)據(jù)，研究人員常使用廣域成像和體成像。減少熒光散射和背景信號的需求使得獲取高對比度和高分辨率圖像變得困難，這在研究腦切片等致密組織的神經(jīng)結(jié)構(gòu)時尤為關(guān)鍵。

培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元。Z軸采集59 個平面堆疊而成（厚度：21 微米）。樣本由德國Magdeburg FAN GmbH 提供。

神經(jīng)科學(xué)研究中的顯微鏡方法

神經(jīng)系統(tǒng)的研究通常依賴不同類型的顯微鏡來收集有關(guān)其活動和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

• 多重成像通過同時可視化多個熒光生物標(biāo)志物，能夠從神經(jīng)樣本中獲取信息。通過這種方法，可以同時探索生物通路。其優(yōu)勢在于可以分析和鑒定復(fù)雜的組織和細(xì)胞表型。

• 多光子顯微鏡常用于樣品的深度成像，其近紅外激發(fā)染料以減少光散射。

• 光片顯微鏡更適合對光敏感或厚三維樣品進行。它減少了光毒性和光漂白，同時提供內(nèi)在的光學(xué)切片和三維成像功能。

• 激光顯微切割（LMD）利用顯微鏡和激光來制備用于分析的神經(jīng)標(biāo)本。這些組織樣本的異質(zhì)性通常需要先分離特定神經(jīng)元才能進行分析。

• 電生理學(xué)是研究神經(jīng)組織電學(xué)特性的學(xué)科。神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）的功能依賴于離子電流通過離子通道流動。離子通道可以通過顯微鏡和微電極吸管進行膜片鉗檢查，可以記錄神經(jīng)元的電活動。

• 電子顯微鏡（EM）非常適合以納米級分辨率成像神經(jīng)樣本，以更好地理解結(jié)構(gòu)和功能。EM 需要特殊的樣品制備方法，如固定和切片。對于神經(jīng)科學(xué)研究，增強功能性電磁學(xué)和光遺傳學(xué)或電刺激是有用的。
   

成年大鼠大腦中神經(jīng)元呈綠色（Alexa Fluor488），星形膠質(zhì)細(xì)胞呈紅色（GFAP），細(xì)胞核呈藍(lán)色（DAPI）。圖片由中國廣州醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)科神經(jīng)科學(xué)研究所提供。

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