【摘要】：星形膠質(zhì)細(xì)胞通過鈣信號(hào)與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)發(fā)生雙向通信,并在神經(jīng)元與其它腦細(xì)胞間起中介作用,在大腦中發(fā)揮更復(fù)雜、更重要的新功能。研究星形膠質(zhì)細(xì)胞的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是激活細(xì)胞產(chǎn)生鈣信號(hào)；然而傳統(tǒng)方法都難以實(shí)現(xiàn)非侵入、高時(shí)空靶向的特異性激活。飛秒激光能夠?qū)ι锝Y(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的納米操控,已被應(yīng)用于多個(gè)研究領(lǐng)域。因此,本文提出飛秒激光刺激激活星形膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的方法,并初步探討了單個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的整合和光刺激誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元通信。 聚焦于星形膠質(zhì)細(xì)胞上表面細(xì)胞膜的飛秒激光,誘導(dǎo)了以靶標(biāo)細(xì)胞為中心向外呈輻射狀傳播的胞間鈣波,激活了星形膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞膜靶點(diǎn)處FM熒光亮點(diǎn),無鈣外液抑制鈣響應(yīng),胞內(nèi)碘化丙碇熒光,都證明飛秒激光刺激是通過在細(xì)胞膜形成穿孔效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明穿孔是局部而瞬時(shí)的,不會(huì)影響細(xì)胞的存活及正常功能。 詳細(xì)闡述了飛秒激光刺激誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)鈣信號(hào)的特征。細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)鈣波的傳播速率隨時(shí)間呈指數(shù)下降；發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)鈣振蕩和胞間鈣振蕩波的現(xiàn)象；證明細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)鈣波的傳播主要是由ATP激活代謝型受體介導(dǎo)的；提高飛秒激光刺激強(qiáng)度,對(duì)應(yīng)獲得增強(qiáng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣信號(hào),包括被刺激細(xì)胞內(nèi)鈣升高幅度增加,鈣波范圍增加和傳播速率提高,表明星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣信號(hào)的光刺激強(qiáng)度依賴性。 結(jié)合飛秒激光刺激和基于聲光偏轉(zhuǎn)器的快速光束偏轉(zhuǎn)技術(shù),在自建的隨機(jī)掃描雙光子熒光顯微鏡系統(tǒng)上建立雙點(diǎn)刺激實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?初步探討了單個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的整合。發(fā)現(xiàn)被刺激細(xì)胞內(nèi)三種鈣信號(hào)傳播的模式：延遲型,緩慢型,和混合型。采用鈣信號(hào)起始延遲時(shí)間、上升時(shí)間和相對(duì)幅度3個(gè)參數(shù),評(píng)價(jià)單個(gè)星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)的整合效應(yīng)——響應(yīng)傾向于起始提前,上升相加快,幅度上表現(xiàn)出亞線性加和,說明整合結(jié)果為加快了鈣信號(hào)的動(dòng)力學(xué)。 在混合培養(yǎng)的海馬星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)上,飛秒激光刺激誘導(dǎo)了星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元通信。飛秒激光刺激激活星形膠質(zhì)細(xì)胞的同時(shí),觸發(fā)了網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的鈣響應(yīng),且響應(yīng)時(shí)間與它距刺激靶標(biāo)細(xì)胞的距離呈近似線性的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的鈣信號(hào)能夠調(diào)控神經(jīng)元同步振蕩,包括誘導(dǎo)神經(jīng)元同步鈣振蕩;即時(shí)干預(yù)神經(jīng)元同步網(wǎng)絡(luò)；以可能的“節(jié)律器”作用,調(diào)制網(wǎng)絡(luò)的自發(fā)高頻同步振蕩。 綜上,本文利用飛秒激光刺激方法研究了星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣信號(hào)及其通信,該方法為星形膠質(zhì)細(xì)胞研究提供了非侵入、無損、可重復(fù)、精確時(shí)空靶向、強(qiáng)度精確可控的激活手段。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R329

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