非損傷微測技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)研究中的應(yīng)用
——(3)感覺與神經(jīng)系統(tǒng)方面應(yīng)用
作者:旭月(北京)科技有限公司 美國揚(yáng)格非損傷技術(shù)中心
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摘要:本文介紹了非損傷微測技術(shù)在感覺與神經(jīng)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:非損傷微測技術(shù),感覺與神經(jīng)系統(tǒng)
感覺系統(tǒng)一般指軀體感覺系統(tǒng)和特殊感覺(視、聽、味、嗅)系統(tǒng),神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。感覺系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)具有密切聯(lián)系,常統(tǒng)稱為感覺和神經(jīng)系統(tǒng),是生命科學(xué)研究的重要熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。非損傷微測技術(shù)[1,2]作為世界尖端水平的特異性離子分子檢測技術(shù),測量方便、快捷、三維和實(shí)時,對樣品無任何傷害,在感覺與神經(jīng)系統(tǒng)的研究中擁有其他方法無法比擬的優(yōu)勢。下面簡要介紹三個具體應(yīng)用實(shí)例。
1 非損傷微測技術(shù)研究神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的功能
Kreitzer MA等[3]用選擇性H+微電極測量鯰魚視網(wǎng)膜水平細(xì)胞的胞外H+流,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸能誘導(dǎo)胞膜外表面區(qū)域的堿化。通過利用一系列已知功能的受體興奮劑和阻斷劑進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),確認(rèn)谷氨酸誘導(dǎo)的細(xì)胞外堿化源于谷氨酸激活細(xì)胞膜Ca2+/H+ ATP酶。該過程能減輕感光受體突觸末端被藏匿質(zhì)子(exocytosed protons)對神經(jīng)遞質(zhì)釋放的抑制作用,這對原先水平細(xì)胞質(zhì)子作用的假設(shè)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
圖1通過測量單個鯰魚水平細(xì)胞的胞外H+流表征谷氨酸受體興奮劑的作用。[3]
2 非損傷微測技術(shù)研究嗜鉻粒蛋白A的神經(jīng)毒性
在阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程中,老年斑成分嗜鉻粒蛋白A近來被發(fā)現(xiàn)具有神經(jīng)毒性作用。Twig G等[4]用非損傷微測技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)嗜鉻粒蛋白A能刺激微神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放H2O2,導(dǎo)致其凋亡。在此基礎(chǔ)上又發(fā)現(xiàn)嗜鉻粒蛋白A與β淀粉狀蛋白質(zhì)及干擾素γ在神經(jīng)毒性上具有相互促進(jìn)作用。
3 非損傷微測技術(shù)直接觀察神經(jīng)損傷導(dǎo)致的NO外流
Kumar SM等[5]采用NO選擇性微電極直接觀測到水蛭中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后,傷口立刻流出NO。傷口處內(nèi)皮NO合酶的激活早于微神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的積聚,充分證實(shí)了NO對神經(jīng)膠質(zhì)運(yùn)動的調(diào)控作用。
非損傷微測技術(shù)對人們認(rèn)識感覺與神經(jīng)系統(tǒng)中的各種生理機(jī)制,確認(rèn)與感覺、神經(jīng)活動有關(guān)的各種神經(jīng)遞質(zhì)、蛋白等的功能具有重要意義。在感覺與神經(jīng)系統(tǒng)功能層面的研究中,非損傷微測技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用。
圖2嗜鉻粒蛋白A誘導(dǎo)培養(yǎng)的微神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞釋放H2O2。[4]
圖3神經(jīng)索損傷后的典型NO反應(yīng)曲線。[5]
參考文獻(xiàn)
[1] Smith PJ. The non-invasive probes - tools for measuring transmembrane ion flux,Nature,1995, 378(6557):645-646
[2] Reid B, Nuccitelli R, Zhao M. Non-invasive measurement of bioelectric currents with a vibrating probe,Nat Protoc,2007,2(3):661-669
[3] Kreitzer MA, Collis LP, Molina AJ,et al. Modulation of extracellular proton fluxes from retinal horizontal cells of the catfish by depolarization and glutamate. J Gen Physiol,2007,130(2):169-182
[4]Twig G, Graf SA, Messerli MA,et al. Synergistic amplification of beta-amyloid- and interferon-gamma-induced microglial neurotoxic response by the senile plaque component chromogranin A. Am J Physiol Cell Physiol,2005,288(1):C169-C175
[5] Kumar SM, Porterfield DM, Muller KJ,et al. Nerve injury induces a rapid efflux of nitric oxide (NO) detected with a novel NO microsensor.J Neurosci,2001,21(1):215-220