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科学家开发出一种用于体内成像的近红外基因编码钙指示剂
2020-10-28 15:05
来源：小柯机器人

美国爱因斯坦医学院Vladislav V. Verkhusha课题组开发出一种可用于体内成像的近红外遗传编码钙指示剂。这一研究成果于2020年10月26日在线发表在国际学术期刊《自然—生物技术》上。

使用两个单体近红外（NIR）荧光蛋白（FP），研究人员设计了一种基于NIR福斯特共振能量转移（FRET）的遗传编码钙指示剂（iGECI）。iGECI表现出高水平的亮度和光稳定性，并且对钙的荧光响应增加高达600％。在分离的神经元中，iGECI可检测自发性神经元活动以及电和光遗传诱导的放电。研究人员使用单光子光片成像技术验证了iGECI在急性脑切片中接近400 μm深度的性能。
 
应用混合光声和荧光显微镜，研究人员通过完整的颅骨同时监测了小鼠大脑中神经元和血流动力学的活动，分辨率约为3 μm（横向）和25-50 μm（轴向）。使用双光子成像，研究人员在小鼠视觉皮层中检测到了诱导和自发的神经元活动，荧光变化高达25％。iGECI能够实现生物传感器和光遗传学致动器的多路复用，而不会产生光谱串扰。
 
据介绍，尽管钙成像已成为现代神经科学的支柱，但现有荧光钙指示剂的光谱特性限制了深部组织成像以及与其他探针的同时使用。
 
附：英文原文

Title: A near-infrared genetically encoded calcium indicator for in vivo imaging

Author: Anton A. Shemetov, Mikhail V. Monakhov, Qinrong Zhang, Jose Ernesto Canton-Josh, Manish Kumar, Maomao Chen, Mikhail E. Matlashov, Xuan Li, Wei Yang, Liming Nie, Daria M. Shcherbakova, Yevgenia Kozorovitskiy, Junjie Yao, Na Ji, Vladislav V. Verkhusha

Issue&Volume: 2020-10-26

Abstract: While calcium imaging has become a mainstay of modern neuroscience, the spectral properties of current fluorescent calcium indicators limit deep-tissue imaging as well as simultaneous use with other probes. Using two monomeric near-infrared (NIR) fluorescent proteins (FPs), we engineered an NIR Förster resonance energy transfer (FRET)-based genetically encoded calcium indicator (iGECI). iGECI exhibits high levels of brightness and photostability and an increase up to 600% in the fluorescence response to calcium. In dissociated neurons, iGECI detects spontaneous neuronal activity and electrically and optogenetically induced firing. We validated the performance of iGECI up to a depth of almost 400 µm in acute brain slices using one-photon light-sheet imaging. Applying hybrid photoacoustic and fluorescence microscopy, we simultaneously monitored neuronal and hemodynamic activities in the mouse brain through an intact skull, with resolutions of ~3 μm (lateral) and ~25–50 μm (axial). Using two-photon imaging, we detected evoked and spontaneous neuronal activity in the mouse visual cortex, with fluorescence changes of up to 25%. iGECI allows biosensors and optogenetic actuators to be multiplexed without spectral crosstalk. A near-infrared fluorescent calcium indicator can be combined with other optogenetic tools in vivo without spectral crosstalk.

DOI: 10.1038/s41587-020-0710-1

Source: https://www.nature.com/articles/s41587-020-0710-1

Nature Biotechnology：《自然—生物技术》，创刊于1996年。隶属于施普林格·自然出版集团，最新IF：68.164
官方网址：https://www.nature.com/nbt/
投稿链接：https://mts-nbt.nature.com/cgi-bin/main.plex


本期文章：《自然—生物技术》：Online/在线发表

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