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神经及肌肉细胞的兴奋状况实现可视化

来源:科技日报 2008-08-06 12:52

近日,日本理化学研究所与自然科学研究机构的研究人员开发出一种新技术。他们将发光珊瑚中的荧光蛋白质与从海鞘中提取的膜电势感应物质相结合,大幅度提高了纯蛋白质属性的膜电势(指由细胞膜分隔开的细胞内外液之间的电势差,能够感应这种电势差的分子被称为膜电势感应物质)感受性荧光探测物的感光度,成功地将神经细胞和肌肉细胞的兴奋状况可视化。该技术将有助于开发出新一代的荧光显示技术,将脑神经等器官的快速电流活动转化为高清晰图像。
 
据日本理化学研究所网站报道,2002年,该机构研究人员从冲绳海域的两种叫海蘑菇和台湾蕈珊瑚的珊瑚中提取了两种荧光物质——mUKG和mKOκ,mUKG发绿光而mKOκ发橙色光。由于这两种光在光谱上存在重合区,因此将二者结合就能产生被称为荧光共鸣的能量移动,大大提高感光度。之后,自然科学研究机构研究人员于2005年又从海鞘的膜酶蛋白质中提取了一种叫“Ci-VSP”的膜电势感应物质,这是一种连接了膜电势传感区域和脱磷氧化酶区域的膜贯通型酶蛋白质,在这种物质的作用下,细胞的膜电势改变,在电势传感区域就会诱发结构变化,从而使酶的活性也发生改变。
 
此次,日本研究人员尝试在Ci-VSP所在的电势感应区域中加入mUKG和mKOκ,观察其对膜电势变化的反应。结果显示,荧光物质可以非常清晰地显示膜电势的变化情况。科学家将这种新物质命名为“Mermaid”。据介绍,Mermaid比起以往的纯蛋白质属性的荧光膜电势感应物质的感光度提高了几倍,通过其发出的伴随着膜电势变化的荧光信号,研究人员可以实时捕捉到由神经细胞引起的活动电势的变化。科学家进而设置了可以高速获取荧光图像的显微镜,通过这种显微镜可以直接观测到代入了Mermaid的大脑皮质神经细胞和心肌细胞发出的电流拓展的图像。
 
研究人员称,这项发明使科学家能够更广泛和更快速地解析脑和心脏的电流活动,这对研究大脑的思维活动,探索大脑的秘密,开发大脑的潜力具有重要意义。此外,这项发明还将对开发新型膜兴奋型药物产生推动作用。(生物谷Bioon.com)
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