顯微課堂：利用先進(jìn)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(jìn)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(dòng)研究和治療的突破

神經(jīng)科學(xué)常常需要對(duì)具有挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性質(zhì)的樣本進(jìn)行研究，以更好地理解神經(jīng)系統(tǒng)和認(rèn)知過(guò)程。其主要目標(biāo)是開(kāi)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(shí)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(dòng)深層組織成像技術(shù)的進(jìn)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(gè)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(guò)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(duì)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(jìn)展為神經(jīng)元功能提供了更多見(jiàn)解。細(xì)胞標(biāo)記和光遺傳學(xué)等新興技術(shù)補(bǔ)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(duì)不同類型標(biāo)本進(jìn)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(dòng)態(tài)過(guò)程，如細(xì)胞運(yùn)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(hào)的需求使得獲取高對(duì)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(shí)尤為關(guān)鍵。

培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元。Z軸采集59 個(gè)平面堆疊而成（厚度：21 微米）。樣本由德國(guó)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(lái)收集有關(guān)其活動(dòng)和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

• 多重成像通過(guò)同時(shí)可視化多個(gè)熒光生物標(biāo)志物，能夠從神經(jīng)樣本中獲取信息。通過(guò)這種方法，可以同時(shí)探索生物通路。其優(yōu)勢(shì)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(duì)光敏感或厚三維樣品進(jìn)行。它減少了光毒性和光漂白，同時(shí)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(lái)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(jìn)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(guò)離子通道流動(dòng)。離子通道可以通過(guò)顯微鏡和微電極吸管進(jìn)行膜片鉗檢查，可以記錄神經(jīng)元的電活動(dòng)。

• 電子顯微鏡（EM）非常適合以納米級(jí)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(duì)于神經(jīng)科學(xué)研究，增強(qiáng)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(guó)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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