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  • 光遗传学联合神经电生理技术推动针刺镇痛研究的可行性分析

    作者:何俏颖;沈醉;佘丽娇;方剑乔;邵晓梅

    光遗传学技术自发明以来,极大地推动了神经科学领域的发展,目前集中应用于对神经通路机制和新型神经药理学领域的研究,而其应用于针刺镇痛研究领域中甚是少见.目前关于介导针刺镇痛的神经环路机制尚未完全清楚,也是近年来实验研究中重点热点研究方向.光遗传学技术具有可对细胞特异性调控、高精度时空分辨率、可重复性并可实现对神经网络功能性解剖的特性,若将其与神经电生理学联合运用,将为针刺镇痛研究打开新的应用之窗.

  • 利用光遗传学研究抑郁行为神经机制的新进展

    作者:牛晨旭;张海林

    光遗传学技术是将光学、遗传学和分子生物学结合而产生的一门新技术。此项技术凭借能高度精确地改变清醒的、可自由活动的动物脑内靶神经元功能状态的优势,有望成为抑郁行为神经机制研究的理想手段。本文在简介光遗传学技术及其优越性的前提下,对该技术在抑郁行为神经机制研究中的应用进展做一综述。

  • 光遗传学技术在听觉研究中的应用

    作者:刘晨;于宁

    光遗传学以其基因编码,单一成分以及可以在复杂的组织中调控特定细胞的特点已经在神经科学研究中产生了深远的影响。随着光敏感蛋白的不断优化和多样化,各个生命科学领域都在尝试使用这一先进的技术手段解决问题。声音信号在耳蜗内经过毛细胞换能后在螺旋神经节编码成电信号传入中枢。听力受损后,通过人工耳蜗的电极刺激螺旋神经节可以部分地恢复一定的听力,但会影响声音的分辨率。光学刺激选择性聚焦可以改善电刺激的局限,增加声音编码的分辨率。本文回顾了光遗传技术在听觉研究中的应用以及在未来科学研究和临床转化的前景。

  • 光遗传学技术及其虚拟仿真实验的脚本设计

    作者:吴广延;姚娟;隋建峰;叶建宁

    光遗传学实验技术是一种通过联合使用光学技术和遗传工程技术实现对特定细胞功能进行精确干预的变革性研究手段,是近几十年来神经生物学领域大的突破技术之一.但是该技术涉及多学科交叉的理论知识和方法,而且实验周期长,设备昂贵,除了仿真教学外不便于在本科生实验课堂上广泛开展.在本虚拟仿真实验中,通过仿真病毒包装过程,仿真动物选择、手术及病毒立体定位微注射过程,仿真光敏通道表达情况的观察过程,仿真光敏通道功能在体细胞外的验证过程,仿真光遗传抑制杏仁核谷氨酸能神经元影响动物恐惧行为的观察过程,学习光遗传学技术的基本原理、操作与应用,实验教学效果理想.本文对该虚拟实验的脚本制作内容设计作一探讨.

  • 光遗传学技术与应用

    作者:刘自强

    光遗传学是一种新型的光控细胞技术,在过去十几年已经得到广泛探索并且在神经领域得到迅速发展.许多新型工具及实验方法的出现为光遗传学提供了强大的技术支持,推动了光遗传学的迅猛发展.该文从实施光遗传学的具体流程来介绍,包括光敏感蛋白、基因的转染与表达、光控的实施以及效应的评估四个方面,旨在强调光遗传学的基本概念,增强对光遗传学和一些重要工具及其应用的基本理解.

  • 特异性控制神经元活性法研究睡眠-觉醒机制新进展

    作者:杨燕飞;黄志力

    人生的三分之一在睡眠中度过,但人为什么要睡眠,睡眠-觉醒如何调控,至今仍是未解之谜.利用电生理、药理学、免疫组织化学和神经元损毁等传统研究手段,发现脑内调控睡眠的核团主要有下丘脑腹外侧视前区和面神经旁核等;觉醒调控核团主要有中缝背核、蓝斑核、结节乳头核、外侧下丘脑和基底前脑等.这些调控睡眠和觉醒的核团相互制约,维持机体正常的睡眠觉醒周期.但是,由于传统研究方法不能对神经元活性进行特异性操纵,限制了人们认识新型睡眠觉醒调控核团.近年来,随着特异性操纵神经元活性技术的开发和应用,研究者们可以精确地控制不同脑区各类型神经元的活性,包括γ-氨基丁酸能、谷氨酸能和胆碱能神经元等,研究其在睡眠-觉醒调控中扮演的角色,或发现更多的调控核团.该文重点综述基于光遗传学和化学遗传学技术研究睡眠-觉醒调控机制的新进展.

  • 光遗传学技术在疼痛研究中的应用

    作者:李毅;郝瀚;张海林;杜肖娜

    疼痛是影响广泛的临床问题,目前对于疼痛还缺乏非常有效的特异性药物和治疗方法.疼痛的传导通路涉及外周、脊髓和脊髓上多个水平,具有复杂多样性的特点.要解决疼痛方面的问题,首先要对疼痛感觉通路和神经生物学机制有清晰的认识.光遗传学方法是一项能够选择性激活体内特定类型神经元的技术,该技术的发展为深入解析神经系统多种传导通路以及调控机制提供了可能.本文综述了迄今在疼痛研究领域的光遗传学技术研究进展,并列举了在疼痛研究中有潜在应用价值的新型光遗传学方法.

  • 基因编辑技术和光遗传学技术联合钙成像在疼痛研究中的应用进展

    作者:褚文广;赵芝威;王福东;吴文斌;解柔刚;罗层

    背景 疼痛的机制以及环路十分复杂,涉及外周、脊髓和脊髓上多个水平,并且相互交叉、抑制或促进,要解决疼痛的问题,就要清晰认识疼痛环路和机制.目的 随着基因编辑技术和光遗传技术的发展,联合在体的光纤和显微成像记录技术,推进这些方法的联合使用,为探究复杂的外周、脊髓和脊髓以上水平疼痛环路提供新的机会.内容 综述迄今在疼痛研究领域的钙成像技术,以及基因编辑技术、光遗传学技术,联合在体的光纤和显微成像记录技术的研究进展,并介绍脊髓水平在体的光纤和显微镜固定问题的解决,并阐明其在疼痛研究中的潜在应用价值.趋向 上述方法的联合使用为探究复杂的外周、脊髓和脊髓以上水平疼痛环路和机制,提供了一个前所未有的机会.随着技术的不断进步,相信人们终将解决有关疼痛的未知问题.

  • 光遗传学技术——疼痛研究的新利器

    作者:包萌萌;王云;谢芳;岳云

    背景 疼痛的感知过程包括外周伤害性感受器的激活、伤害性信号在脊髓背角的转导以及痛反应相关脑区的激活.在上述3个环节中,参与伤害性信号转导的相关分子回路仍不太清楚. 目的 综述新型光遗传学技术在疼痛研究中的应用. 内容 光遗传学技术可用于在模式生物中鉴定疼痛相关基因、用于研究外周伤害性感受器与脊髓疼痛回路的联系、用于研究痛相关脑区的疼痛调控回路. 趋向 光遗传学的优势在于可以实现区域神经细胞亚群的选择性激活,为探索疼痛在外周和中枢水平上的复杂性提供了新的工具.

  • 光遗传学技术应用于动物行为学研究的新进展

    作者:葛会香;高云

    光遗传学方法是近十年来在神经科学领域迅猛发展的一项光控细胞新技术,此项技术也被称为是"21世纪注定获得诺贝尔奖的一项新技术".该生物工程技术整合了光学、遗传学、计算机科学、基因工程、细胞生物学、电生理等众多学科.这项由多学科交叉应运而生的新型技术极大地推动了神经科学的发展,进而扩展到动物行为学、临床医学、分子生物学、细胞生物学等众多领域.动物行为学是研究动物各种行为的功能、机制、发展和进化的一门学科,对神经科学的发展发挥了重要作用.该文介绍了光遗传学的具体过程及特点,以及其在动物行为学研究中的应用,旨在对光遗传学技术的新进展做一简要综述.

  • 光遗传学和化学遗传学在抑郁症研究中的应用

    作者:王正文

    抑郁症对人类的影响越来越大,但目前的治疗效果不尽人意,主要以预防和心理干预为主,药物治疗和物理治疗副作用大.由于对抑郁症的发病机制不明确导致治疗不佳.近几年兴起的光遗传和化学遗传技术对于神经元有了更精确的控制和定位,为研究抑郁症的发病机制和治疗带来希望.本文就光遗传学和化学遗传学对抑郁症的研究进展做一综述.

  • KillerRed在光遗传学中的研究进展

    作者:饶盼盼;王晞

    KillerRed是第一个完全由基因编码的光毒性红色荧光蛋白,可接受绿色光照(540~580 nm)生成活性氧(ROS),对DNA、蛋白质、脂肪等造成损伤或者激发细胞内信号瀑布,影响细胞的代谢或增殖,甚至诱导细胞死亡,发挥细胞消融作用.KillerRed作为光遗传学工具,通过遗传学技术将KillerRed的基因编码序列与信号肽序列或亚细胞定位序列融合,可实现精确的靶器官、靶细胞、靶蛋白,甚至亚细胞结构的定位表达,具有高时空精准性的特点.随着光遗传学技术的逐渐成熟,KillerRed在细胞内氧化应激反应机制及应用方面已有部分创新性探索,且显示出在神经、肿瘤、心脏、视网膜以及基因重组体筛选、细胞消融、光动力学治疗等领域良好的应用前景.

  • 光敏蛋白——心电生理研究的新工具

    作者:姜婵;王晞

    光敏蛋白是一类在生命体内能够应答光信号而产生生理学反应的蛋白.随着越来越多的光敏蛋白被发现,它们的结构特点、功能特点,以及其在细胞内外离子流动及细胞信号传递方面的生理意义也逐渐被发现.光敏蛋白的应用促进了光遗传学的发展,通过光敏蛋白的感光特性来实现光控制靶细胞的电生理活动.光遗传学技术具有兴奋抑制双向调节、操作简单、微创精准、高时空分辨、可定量重复等优势,其在心电生理研究、心律失常防治、模拟心脏再同步化改善心功能,以及心脏多功能干细胞研究等方面有巨大的应用前景.

  • 光遗传学技术与光起搏——心电生理研究中的新手段

    作者:王晞;来欣

    光遗传学是2006年提出的一个将光控技术和遗传学技术相结合的新概念,以遗传学技术将光敏感蛋白表达于可兴奋的靶细胞或靶器官上,利用相应波长的光照激活光敏感蛋白以实现对细胞、组织、器官及动物生理功能的精准调控.该技术于2010年被引入心电生理研究,有离体及在体实验证实利用光遗传学技术实现光起搏心脏的可能性.研究表明光照刺激可引起心肌细胞电兴奋、恢复心肌细胞电传导、实现心脏再同步化,甚至可以模拟缓慢性、快速性心律失常.随着光敏感蛋白种类与功能的发掘、其转入心肌细胞方式和锚定心脏靶点多样化的研究,及安全便捷的光照条件和设备的研发,光遗传学技术与光起搏将成为临床心电生理研究及心律失常治疗等的重要新手段.

  • 利用光遗传学技术实现光起搏的实验研究

    作者:姜婵;王晞;刘自强;饶盼盼;黄从新

    目的 利用光遗传学技术是否能有效实施光照夺获心脏,实现心脏光起搏,探讨光照强度对心脏夺获率的影响.方法 取15只C57雌性小鼠,随机分成3组:正常组6只,空载病毒组6只,ChR2组3只(A、B、C小鼠),经颈静脉给三组小鼠分别注射100μl生理盐水,100μl pAOV-CAG-mcherry,100μlpAOV-CAG-hChR2(H134R)-mcherry.8周后,进行离体心脏Langendorff离体灌流,并给予473 nm的蓝光光照刺激,观察小鼠的心律是否能被光刺激夺获,并比较不同功率下的光刺激对心脏夺获率的影响,观察光刺激和电刺激产生的单相动作电位(MAP)之间是否存在差异.结果 ChR2组小鼠的心脏节律能被光照夺获,一定范围内夺获率与功率成正相关关系,且17.3 mW的光照基本能满足光照夺获心律所需功率的大小,正常组和空载病毒组小鼠心脏的节律均不能被光照夺获.ChR2组A、B、C3只小鼠光照夺获心律所需的功率大小差别较大,B小鼠心脏更容易被光夺获,可能与心脏ChR2表达量有关.光刺激与电刺激产生的MAP存在差异,光刺激产生的MAP的达峰时间比电刺激短,且动作电位的复极时程达10%,30%,50%,70%的值小于电刺激.结论 利用光遗传学技术实现心脏光起搏技术可行.光敏蛋白ChR2成功表达在靶器官上是光遗传学关键的一步,光刺激心脏的夺获率不仅与光照功率的大小有关,可能还与心脏表达ChR2的量相关.

  • 肿瘤的光遗传学治疗

    作者:张百红;岳红云

    光遗传学技术应用遗传学和光的方法刺激和控制生物组织中特定细胞的功能.自从2005年报道用光照射视蛋白精准控制神经活性以来,光遗传学在肿瘤治疗中的应用初见端倪,其作用机制包括操纵神经元活动、解除免疫抑制、改变细胞内外电压、控制细胞力、调控信号转导、遗传和表观遗传调节以及筛选抗肿瘤药物.未来将通过光刺激改变肿瘤行为,肿瘤光遗传学治疗前途光明.

    关键词: 肿瘤 治疗 光遗传学
  • 腺相关病毒AAV2/8-CaMKⅡα-ChR2-mCherry的组织学及通道功能鉴定

    作者:刘树雷;孙琳;吴广延;隋建峰;曹文富

    目的 对腺相关病毒AAV2/8-CaMKIIα-ChR2-mCherry在大鼠内侧前额叶谷氨酸能神经元中表达的组织学及通道功能予以鉴定.方法 以立体定位注射技术将腺相关病毒AAV2/8-CaMKIIα-ChR2-mCherry注射到SD雄性大鼠内侧前额叶,当病毒注射3~4周后,采用免疫荧光组织化学技术检测标记蛋白(mCherry)在谷氨酸能神经元(特异启动子CaMKIIα)的表达情况;利用在体细胞外记录技术观测谷氨酸能神经元所表达的通道蛋白(ChR2)对不同光刺激频率的电生理反应特性.结果 病毒成功注射到内侧前额叶并特异表达通道蛋白于谷氨酸能神经元的细胞膜上,表达成功率为(94.6±0.9)%;表达ChR2通道蛋白的谷氨酸能神经元对蓝光(470 nm,20 mW/mm2,5 ms波宽,5~80 Hz)产生稳定的光激活反应,并且对低频光刺激(5、10、20 Hz)的反应性优于高频光刺激(40 Hz和80 Hz;P <0.001).结论 腺相关病毒AAV2/8-CaMKIIα-ChR2-mCherry能成功表达在谷氨酸能神经元的细胞膜上,对光刺激有频率选择性.

  • 记忆痕迹细胞和记忆提取的研究进展

    作者:柯美玲;余维华

    记忆是储存在大脑中的,但储存的形式究竟是"记忆痕迹理论"还是"突触可塑性理论",在20 世纪饱受争议.直到近期记忆痕迹细胞和记忆环路的发现,这两个理论才得以整合.近年来认为,学习和记忆是突触发生形态和功能改变的结果 ,这些改变发生在大脑储存记忆的部位.在过去的研究中,研究人员运用分子基因、电生理和光遗传学等技术识别和检测到了一类特异性的在学习过程中被激活的细胞,称为记忆痕迹细胞,而且这些细胞有其特定的环路和连接.研究人员通过标记和操控这些记忆痕迹细胞可以唤回原有的记忆.对记忆痕迹细胞的有效操控和记忆提取方面的研究进展,使得一些在创伤性损伤、压力或如阿尔茨海默病(AD)等神经退行性疾病之后通常出现逆行性遗忘的情况有望获得新的治疗.本文综述了记忆痕迹细胞和记忆提取的研究进展,为学习和记忆神经科学勾勒出了新的视角.

  • 可植入光遗传学神经刺激光极研究

    作者:岳森;袁明军;张云鹏;王玺渊;王守岩

    本文为实现多点神经环路、核团功能的在体调控,研发了可植入光遗传学神经刺激光极.首先,使用了柔性电路板工艺制作光极的基底,将微型发光二极管焊接于基底之上后使用真空气相镀膜技术制作光极的覆盖膜.然后使用光功率计等设备对光极进行性能测试,结合动物实验实现光极的验证.终制作完成的光极尺寸为500μm× 150 μm(宽度×基底厚度);将其置于生理盐水14 d后仍可正常发光;大发光功率为9.31 mW,有效光照面积达到3.03 mm2;在体实验中检测到了光刺激诱发的小鼠皮层响应,并成功调控了小鼠的次级运动皮层.本文研制的光极具有光照面积大、植入方便、可长期植入等特点,为核团功能调控等研究提供了新的光遗传学工具.

  • 光遗传学在视网膜色素变性治疗中的研究进展

    作者:张轶;黄熙;张军军

    视网膜色素变性(RP)是一种严重影响视力的疾病,主要累及视杆细胞从而导致夜盲,疾病终末期由于视锥细胞同时受累造成患者中心视力和周边视力丧失,目前尚无有效治疗手段.但有研究发现,在RP病理过程中虽然丧失了光感受器的功能,双极细胞和神经节细胞的功能以及与视觉中枢的神经连接却得以保存,为光遗传学在其治疗上的应用提供了条件.光遗传学通过在神经元上表达以视紫红质离子通道蛋白-2为代表的光敏蛋白,控制神经元兴奋性,在重塑视网膜感光功能方面表现出了极大的应用前景,也为RP这一类视网膜变性疾病的治疗提供了一种有效的治疗选择.

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