神经元形态重建工具的研究进展

近年来,分子标记和显微光学成像技术的系列突破,使得单细胞分辨的全脑尺度神经群落成像成为现实.然而,现有神经元形态重建工具的发展速度远远滞后于海量数据的产生速度,难以满足现阶段成像数据的分析需求.在此背景下,我们首先分析了神经元形态重建工具发展滞后的原因,简述现有半自动和全自动神经元形态重建工具的特点和最新发展,并结合现有工具的特点分析其向高通量、高准确度重建工具发展时面临的挑战.最后,我们对未来形态重建工具的发展趋势及应用前景做出展望.     

超分辨成像中基于模板函数对多个荧光分子定位

在生物结构和功能成像领域里,超分辨成像成为近年来研究的热点,而荧光分子定位,特别是多荧光分子的定位,是超分辨成像的一个重要环节.本文基于模板函数和非线性拟合给出多个荧光分子定位算法,并利用该算法分析信噪比和两个荧光分子距离对荧光分子定位精度的影响,指出了只有信噪比大于5,两个荧光分子的距离大于8个像素时,才能获得精确的荧光分子的定位.结果证明该方法的合理性和有效性.     

活细胞内5-羟色胺可见荧光的多光子激发成像

应用多光子激发激光扫描显微镜对5-羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）孵育的大鼠粘膜型肥大细胞进行自发荧光成像,首次观察到了活细胞内5-HT相关的可见荧光,并对其产生机理进行了初步探讨.实现了对活细胞内5-HT空间分布的高分辨成像,为研究活组织或细胞内5-HT的空间分布和含量与细胞功能状态的关系提供了新的实验方法.     

高通量药物筛选技术的研究现状及光学编码技术在其中的应用

高通量药物筛选是创新药物研究的重要内容,本文综合介绍了高通量药物筛选的研究现状及发展趋势,及目前遇到的一些问题,如随着样品的体积达到微升量级时,目前所采用的孔板筛选遇到了一些难以克服的障碍,使化合物和药物靶点的相互作用难以进行等。针对这些问题,本文介绍了一种新的以自编码光谱识别微球为基础的新型高通量药物筛选技术在高通量药物筛选中的应用,同时简要介绍了我们目前所做的一些工作。     

生物组织光学特性的测量方法及医学应用

对生物组织光学特性参数的测量方法及其在医学上的应用进行了全面论述,分析了测量误差的来源,结果表明测量结果的客观性取决于模型假设（如散射的各向同性或异性、边界的匹配与否等）、测量技术、实验装置、定标方法和介质非均匀性等。测量方法可用于诊断生物组织的生理病理状态和测量组织结构     

基于GFP的FRET应用

绿色荧光蛋白（GFP）是一种活性荧光标记,已被用来研究基因表达、分子定位,蛋白质折叠和转运;荧光共振能量转移（FRET）是一种无损伤的光学检测方法,能检测到小于纳米的距离变化。将GFP的活性定位标记功能与FRET的高分辨率相结合。为活体研究生物分子的功能和命运开创了新的篇章。作者在介绍GFP和FRET原理的基础上,综述了基于GFP的FRET在蛋白酶活性,蛋白质间相互作用 构象改变研究中的应用。     

光学成像技术在体研究肿瘤的光动力效应

光动力疗法 (PDT) 已发展成为一种较成熟的肿瘤治疗方法, PDT 诱导的血管损伤是杀死肿瘤的重要机制之一 . 为了在活体肿瘤模型上实时监测 PDT 导致的血管损伤效应,使用稳定高表达绿色荧光蛋白 (GFP) 的人涎腺腺样囊性癌细胞株 (ACC-M-GFP) ,建立了基于鸡胚尿囊膜 (CAM) 的肿瘤模型 . 应用荧光成像技术对肿瘤的生长位置、大小,以及治疗区域进行方便精确的定位;利用激光散斑成像技术,实时监测 CAM 上肿瘤周围血管的血液动力学参数 . 发现不同光动力剂量所导致的血管损伤有显著不同 . 结果表明,荧光标记的鸡胚尿囊膜肿瘤模型为研究 PDT 导致的血管损伤效应提供了良好的实验模型,激光散斑成像技术适用于实时监测 PDT 过程中血管结构、血流速度的变化,由此得出血液灌注率可用以评估 PDT 对肿瘤周围血管的损伤效应 .     

基于最大锋电位间隔的爆发检测自适应算法

在各种类型的培养神经元网络、哺乳动物中枢神经系统和切片中,都可以观察到爆发。爆发是空间-时间放电模式的重要特征,它由一系列高频率发放的连续动作电位组成,由于在时间尺度上的复杂性,使其辨识和探测存在许多困难。自适应算法利用爆发外部锋电位间隔超过爆发内部锋电位间隔的累加和识别爆发本身。基于该算法原理,以爆发内部最大锋电位间隔参数作为确定爆发的约束条件,改进爆发检测自适应算法。实验结果表明,改进算法可以有效地避免爆发的漏检和错检,较准确地检测出神经元的爆发活动,确定爆发活动的数目和持续时间等,爆发检测的平均准确率为93.8%,比原自适应算法提高了35.3%。     

活体细胞内双光子激发的光漂白特性

长波长光的强穿透能力和对活体细胞和生物组织光毒性很小的特性,使得双光子激发荧光显微术已经成为无损伤成像的重要工具.可是双光子激发的高光子密度可能会产生高次光子相互作用, 从而产生更快的光漂白.从实验上研究了离体和活体细胞内的若丹明123和若丹明B分别在单光子激发和双光子激发时的光漂白特性.在体的实验结果与离体的实验结果一致.正如期望的一样,单光子激发时光漂白速率非常近似地随着激发功率的增加而线性增加.可是,双光子激发时的光漂白速率并不是正比于激发功率的平方,而是正比于激发功率的高次方（＞3.5）.对绿色荧光蛋白（GFP）变异体CFP和YFP的实验也得到同样的结果,这就表明高次光漂白可能是双（多）光子激发中的普遍现象.因此多光子的应用可能会受到强光漂白的限制.     

利用基于GFP的FRET探针检测β-分泌酶的活性

β淀粉样肽(amyloidβ-peptide,Aβ)在阿尔茨海默病(Alzheimeir’s disease,AD)患者脑内的异常产生和积累在AD的发病机理中扮演着重要的角色。β-分泌酶对淀粉样前体蛋白的裂解是Aβ产生的关键步骤,因此抑制β-分泌酶的活性成为AD药物治疗的一个重要策略。为了检测β-分泌酶的活性,应用基因工程技术将β-分泌酶作用底物序列(NFEV)的两端分别与绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的颜色突变体--青色荧光蛋白(cyan fluorescent protein,CFP)和黄色荧光蛋白(yellow fluorescent protein,YFP)相连,构建了一个基于GFP的荧光能量共振转移(fluorescence resonance energy transfer,FRET)探针。荧光光谱分析结果显示,该荧光融合蛋白中CFP和YFP之间存在着较强的FRET。而当与β-分泌酶进行孵育后,FRET逐步降低,证明该探针能被β-分泌酶酶切。SDS-PAGE分析显示探针与β-分泌酶孵育后,荧光融合蛋白由60 kD大小逐渐变成30kD大小的蛋白,表明探针被β-分泌酶酶切成CFP和YFP分子,证实了荧光光谱的结果。这些结果表明,可通过检测探针的FRET效率方便地分析β-分泌酶的活性,为进一步筛选β-分泌酶的抑制剂提供了一个平台。