研究人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病和紊亂的原因以尋求有效的治療方式需要體外和體內(nèi)疾病模型，這些模型真實的再現(xiàn)了各自的神經(jīng)病理生理情況，同時也通過必要的細(xì)胞機(jī)制支持神經(jīng)元以提供翻譯結(jié)果的治療方式作出反應(yīng)1-3。  

 

 此外，我們需要研究最早的神經(jīng)病理生理變化，因為這些變化為早期診斷和干預(yù)提供了絕佳機(jī)會。神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)和功能變化通常是許多神經(jīng)退行性疾病和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中最早的病理變化。

 

 為了檢測早期的突觸功能障礙，科學(xué)家們利用活細(xì)胞成像技術(shù)來提供單細(xì)胞影像，并實時分析實驗條件的變化情況下細(xì)胞形態(tài)變化。本通訊討論了活體細(xì)胞成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和疾病的體外和體內(nèi)研究中的應(yīng)用。

 

 設(shè)計與生物學(xué)相關(guān)的體外和體內(nèi)活細(xì)胞成像實驗需要健康、成熟的神經(jīng)元，神經(jīng)元需要具有適當(dāng)?shù)耐挥|結(jié)構(gòu)和功能（即形態(tài)和電活性）（下圖）。主要成像目標(biāo)是突觸前和突觸后結(jié)構(gòu)和相關(guān)蛋白（例如，突觸囊泡蛋白、神經(jīng)遞質(zhì)受體、離子通道、支架蛋白或細(xì)胞骨架蛋白[F-actin、微管]），因為它們是最早發(fā)生病理變化的基質(zhì)4（下圖）。

 

  

 

 評估突觸結(jié)構(gòu)或功能變化的方法包括測量突觸密度、軸突長度、脊椎密度、節(jié)點（軸突在細(xì)胞體上的位置）、樹突分支或電活動4。  

 

 體外培養(yǎng)的哺乳動物神經(jīng)元的活細(xì)胞成像，包括人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hipsc）來源的神經(jīng)元，由于它與人類神經(jīng)元之間具有更大的生物學(xué)相關(guān)性8，能夠揭示與人類神經(jīng)退行性疾?。ㄈ绨柎暮Ｄ。ˋD）和帕金森病）相關(guān)的獨特的機(jī)理和功能發(fā)現(xiàn)。載脂蛋白E（apoe-E）是一種與AD發(fā)病密切相關(guān)的蛋白，但apoe-E及其代謝產(chǎn)物在神經(jīng)元生理學(xué)中的作用尚未得到重視。

 

 近期研究發(fā)現(xiàn)，分化的SH-SY5Y神經(jīng)母細(xì)胞瘤經(jīng)25kDa片段或全長apoe-E長期治療后顯示出神經(jīng)增生（通過活細(xì)胞成像評估軸突長度和細(xì)胞融合的陽性變化）9，初步藥物篩選研究也受益于這種方法。在AD中，兩種最常見的藥物靶點是淀粉樣 蛋白（a ）和tau蛋白，因為這兩種蛋白都對突觸有早期病理作用5-7。

 

 近年來，有學(xué)者對HIPSC來源的神經(jīng)元進(jìn)行了活體細(xì)胞成像，篩選出幾種抗病理性A 的候選抗體，通過在不同梯度抗體孵育時間和濃度范圍內(nèi)量化軸突長度和樹突分支點的變化來評估陽性免疫治療結(jié)果10。

 

 

 

 

人誘導(dǎo)神經(jīng)元（INS）分化過程0-21天的活細(xì)胞成像

 

 

 在另一項A 研究中，Hong等人11對活體HIPSC衍生神經(jīng)元進(jìn)行了成像，用從死后人類大腦提取物中分離出的A 低聚物對這些神經(jīng)元進(jìn)行處理，通過定量分析軸突長度和突觸可塑性的變化，并結(jié)合長期電位記錄來評估低聚物的病理生理特性。

 

 隨著對tau構(gòu)象敏感的第一個基因編碼的促進(jìn)共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）傳感器的誕生，tau蛋白成為一項新技術(shù)的焦點，該傳感器監(jiān)測了活的hela細(xì)胞和永生的HT22海馬神經(jīng)元在藥物治療后，微管（mts）存在和不存在的情況下野生型和病理突變的tau蛋白的構(gòu)象 12，這個tau-FRET傳感器提供了非常寶貴的定量和定性數(shù)據(jù)，涉及tau與mts結(jié)合的調(diào)節(jié)、可溶性與不溶性（病理性）tau的比率和如何影響tau的構(gòu)象以利于非病理形式。

 

 

 

 

Tau蛋白構(gòu)象敏感傳感器（CST）在活細(xì)胞中的成像

 

 

 體內(nèi)動物模型是體外細(xì)胞培養(yǎng)模型的補(bǔ)充，動物神經(jīng)元的活體細(xì)胞成像通常使用雙光子顯微鏡進(jìn)行，這種顯微鏡允許在自然狀態(tài)下和在互聯(lián)支持網(wǎng)絡(luò)的較大環(huán)境中觀察功能性神經(jīng)元的單細(xì)胞影像13，通過這種方式，動物體內(nèi)的活細(xì)胞成像產(chǎn)生了變革性，研究者有機(jī)會實時可視化的分析細(xì)胞動態(tài)過程。

 

 此外，單細(xì)胞體內(nèi)成像可對感覺、行為變化和藥物治療過程中的神經(jīng)元功能反應(yīng)進(jìn)行量化13。體內(nèi)雙光子活細(xì)胞成像被應(yīng)用于尋找抗帕金森（PD）藥物的靶向 -突觸核蛋白的作用機(jī)制14，以及評估將胚胎細(xì)胞移植到受損成人大腦區(qū)域以替換死亡或即將死亡的神經(jīng)原15-17的可行性和最佳時機(jī)、宿主和供體條件。

 

 此外，體內(nèi)成像可以揭示新的治療方法，MPTP小鼠PD模型活細(xì)胞成像顯示，MPTP處理小鼠運動皮質(zhì)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能突觸可塑性受多巴胺能神經(jīng)元選擇性丟失的影響，提高了調(diào)控運動皮質(zhì)特定區(qū)域的神經(jīng)元活動是治療PD相關(guān)運動損傷的可行選擇的可能性18。

 

 

PD小鼠模型中運動皮質(zhì)脊柱的動態(tài)變化

 總結(jié)

 活體細(xì)胞成像技術(shù)是研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和障礙的寶貴工具，它不僅能讓研究者對基本疾病/障礙生物學(xué)進(jìn)行深入的了解，而且能實時了解藥理、遺傳和行為治療干預(yù)的功能后果。再加上超分辨率顯微鏡和自動化活細(xì)胞成像技術(shù)的進(jìn)步19，我們有很好的機(jī)會來關(guān)注第一次病理性突觸變化，這種變化可以通過早期治療干預(yù)來停止或逆轉(zhuǎn)。

 

 艾美捷科技能為您提供全套的有價值的研究工具：如Cytoskeleton的用于f-actin、微管、DNA和溶酶體的活細(xì)胞成像探針，以及純化的細(xì)胞骨架蛋白、活化分析和抗體；iRegene的人源神經(jīng)干細(xì)胞（hNSC）細(xì)胞株、配套的干細(xì)胞培養(yǎng)基及神經(jīng)元定向培養(yǎng)基；StressMarq的活性 突觸蛋白和Tau蛋白等優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，都可以對這些研究起到很大推動作用。

 

 Cytoskeleton的活細(xì)胞成像相關(guān)產(chǎn)品：

 

 活細(xì)胞成像試劑盒：

Cytoskeleton Kit (包括SiR-Actin, SiR-Tubulin,和Verapamil) (Cat. # CY-SC006)
Huvec細(xì)胞： Huvec細(xì)胞（固定），用SiR-actin染色，共聚焦顯微鏡成像。
大鼠海馬神經(jīng)元： 用SiR-actin染色培養(yǎng)大鼠海馬神經(jīng)元的STED圖像。肌動蛋白環(huán)（條紋）周期性為180nm。
MCF10A Cells (3D培養(yǎng)) 用SiR -actin（紅色）染色的MCF10A細(xì)胞在基質(zhì)膠中表達(dá)H2B-GFP（藍(lán)色）的。 LSM 倒置顯微鏡觀測圖
MCF10A Cells (3D培養(yǎng)) 用SiR -actin（紅色）染色的mcf10a細(xì)胞在基質(zhì)膠中表達(dá)H2B-GFP（藍(lán)色）的。 LSM 倒置顯微鏡觀測圖
金魚視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞： 用SiR-tubulin染色的單個分離金魚視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞的三維投影。顏色光譜代表深度?？梢娢⒐軓臉渫坏捻敹耍敳浚┥烊胼S突，向下伸入巨大的突觸末端（底部）。
金魚星形膠質(zhì)細(xì)胞: 用SiR-tubulin染色的單個分離的金魚星形膠質(zhì)細(xì)胞的三維投影。
肌動蛋白結(jié)合蛋白 Spin-Down生化檢測試劑盒（兔骨骼肌actin） (Cat. # BK001)
肌動蛋白結(jié)合蛋白 Spin-Down生化檢測試劑盒（人血小板actin） (Cat. # BK013)

 StressMarq的活性 突觸蛋白和Tau蛋白，便于快速構(gòu)建神經(jīng)疾病動物模型： 

 

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