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oe1(光电查) - 科学论文

5 条数据
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  • 利用SYN1和CaMKII启动子表达的通道视紫红质-2对二维和三维培养体系中iPS细胞来源神经元的光遗传学控制

    摘要： 在三维（3D）环境中开发光遗传学可控的人类神经网络模型，可提供一个与生理相关或模拟人脑的研究系统。通过慢病毒和细胞类型特异性启动子，将通道视紫红质-2（ChR2）转导至人诱导多能干细胞（hiPSCs）来源的神经祖细胞（Axol），从而生成光敏神经元。经神经分化后，获得由人iPSCs来源的皮层神经元、星形胶质细胞和祖细胞组成的混合群体（Axol-ChR2）。利用泛神经元启动子突触蛋白-1（SYN1）和兴奋性神经元特异性启动子钙调蛋白激酶II（CaMKII）驱动报告基因表达，以评估靶细胞的分化状态。采用流式细胞术和免疫荧光染色评估分化后Axol-ChR2细胞中ChR2的表达及各亚群特征。将这些细胞从二维培养转移至经精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）和小分子（Y-27632）功能化的三维海藻酸盐水凝胶中。对改良的RGD-海藻酸盐水凝胶进行物理特性表征及细胞活性评估，以建立适用于hPSCs和神经细胞的通用3D培养体系。在细胞包封前，采用钙成像技术研究Axol-ChR2细胞和原代神经元的神经网络活动。结果表明，通过CaMKII和SYN1启动子表达ChR2均成功实现了功能性活动。该RGD-海藻酸盐水凝胶体系支持分化后Axol-ChR2细胞的生长，同时在光刺激下可检测到ChR2表达，从而实现对三维人类神经网络的精准无创调控。

    关键词： 通道视紫红质-2（ChR2）、光遗传学、诱导多能干细胞（iPSC）、三维培养、钙调蛋白激酶II（CaMKII）、突触素-1（SYN1）、海藻酸盐水凝胶、神经组织工程

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 时间分辨红外光谱研究通道视紫红质-2中的超快蛋白质响应

    摘要： 来自莱茵衣藻的通道视紫红质-2中质子化天冬氨酸和谷氨酸残基的羰基振动区域超快红外瞬态吸收显示，视网膜激发后蛋白质立即产生响应。观测到的差频谱带在亚皮秒时间尺度上于激发后直接形成，并被归属为视网膜邻近的侧链（如D156和E90）。该发现表明能量通过氢键网络从视网膜向周围环境发生了超快且高效的转移，揭示了非凡的强生色团-蛋白质耦合及蛋白质内部剧烈的相互作用。文中还讨论了其对作为光控离子通道的蛋白质功能的相关性。

    关键词： 通道视紫红质-2，蛋白质响应，离子通道，超快红外瞬态吸收，氢键网络，发色团-蛋白质耦合，视黄醛激发

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 视网膜质子化席夫碱的不同氢键环境控制着通道视紫红质-2中的光异构化

    摘要： 通过量子力学/分子力学方法研究了通道视紫红质-2（ChR2）光循环的初始事件——反式到顺式的光异构化过程，同时考虑了基态中视网膜环境的柔性特征。采用从头算多组态理论水平处理生色团，我们能够基于泵浦-探测光谱学合理解释实验发现，阐明ChR2相较于其他视紫红质所呈现的更复杂独特机制。特别地，研究发现氢键模式差异会导致不同激发态参与反应，由此可推定最有效的氢键构型。此外，通过模拟红外光谱表征光异构化后首个光循环中间体P500的结构，并与现有实验数据对比验证。该结果源自基于密度泛函理论的半经验方法描述生色团的大规模分子动力学模拟，明确鉴定了从视网膜Schiff碱接受质子的抗衡离子：谷氨酸E123的侧链。

    关键词： 傅里叶变换红外光谱、量子力学/分子力学、视黄醛席夫碱、光异构化、通道视紫红质-2、氢键、激发态、分子动力学

    更新于2025-09-23 06:53:35

  • 在表达通道视紫红质的小鼠心脏中使用跨壁多LED探针进行心脏起搏

    摘要： 光遗传学通过光激活蛋白实现细胞类型特异性的监测与调控。在心脏研究中，向心肌细胞表达光激活去极化离子通道可实现光学起搏与除颤。既往研究多依赖心外膜光照，但当研究对象转向大型动物及人类时，光穿透心肌组织存在显著困难。为突破这一限制，我们评估了可植入式多发光二极管（LED）光学探针（IMLOP）对表达心脏特异性通道视紫红质-2（ChR2）小鼠心脏壁内起搏的应用价值。可植入探针需将损伤控制在最低限度——本研究表明IMLOP植入仅需约20毫牛顿作用力，从而限制了植入过程中过载可能造成的损伤。组织学切片证实急性使用期间组织损伤范围局限。LED工作时周围组织温度变化低于1开尔文，证实该探针原位使用安全。对照实验显示，即使采用超过起搏所需强度二十倍的刺激参数，也未观察到对心脏动作电位传导的影响。在ChR2表达小鼠心脏的原位实验中，证实光强低至700微瓦/平方毫米即可实现光学刺激（尽管稳定起搏需要更高强度）。单LED起搏时，阈强度（rheobase）和时值（chronaxie）分别为13.3±0.9毫瓦/平方毫米和3±0.6毫秒；当刺激体积加倍时，阈强度显著降低（6.5±0.9毫瓦/平方毫米）。我们成功实现了基于IMLOP的心脏壁内光学起搏，该探针在急性期仅造成局部受限组织损伤且起搏所需光强较低，其长期植入效应尚待进一步研究验证。

    关键词： 通道视紫红质-2，可植入多LED光学探针，心脏起搏，心肌内起搏，光遗传学

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [IEEE 2018年电磁场生物医学应用首届世界大会(EMF-Med) - 克罗地亚斯普利特(2018.9.10-2018.9.13)] 2018年EMF-Med首届电磁场生物医学应用世界大会 - 直接电刺激与光遗传学刺激丘脑底核的比较研究

    摘要： 丘脑底核深部脑刺激是治疗帕金森病的一种方法。本研究结合了产生高原电位的丘脑底核神经元计算模型（大冢模型）和四态ChR2(H134R)模型（威廉姆斯模型），以比较电刺激与光遗传学神经调控的效果。研究探讨了刺激方式（光遗传或电刺激）对放电频率、强度-持续时间曲线及动作电位形态的影响。首先，与电刺激不同，当光刺激强度超过0.1 W/cm2时，平均瞬时放电频率趋于饱和。其次，光遗传刺激的基强度和时值分别比电刺激高175%和9.6%。第三，神经刺激方式对动作电位形态无显著影响。

    关键词： 光遗传学、通道视紫红质-2（H134R）、丘脑底核、大冢模型、计算建模

    更新于2025-09-10 09:29:36