光遗传电压钳成像

　　图1：秀丽隐杆线虫肌肉细胞的光遗传电压钳(OVC)图像，展示了其天然的开放和闭合形态，以及通过OVC控制强制抑制动作电位的过程。该图像使用Kinetix22系统在约30×30像素的感兴趣区域内获取。

　　背景

　　法兰克福歌德大学的Alexander Gottschalk教授团队以线虫(Caenorhabditis elegans)为模式生物，研究其神经系统，重点关注化学突触的传递机制以及神经元网络中的单个神经元功能。

　　我们采访了博士生Amelie Bergs，她表示：“我们的研究聚焦于线虫和光遗传学，特别是开发一种名为光遗传电压钳(OVC)的新方法，它结合了成像的优势和电生理学与电压钳的控制能力。”

　　“我们使用一种由去极化和超极化工具融合而成的串联蛋白，并将其与一种基因编码的电压指示器(QuasAr2)结合。该指示器会根据细胞的膜电压显示出微弱的荧光，而我们可以通过调整光源的波长，将荧光和电压保持在所需水平，从而实现荧光和电压的钳制。OVC是一种纯光学方法，我们将其应用于固定的线虫的特定肌肉细胞。”

　　挑战

　　电压信号(即使在动作电位较慢的秀丽隐杆线虫中)也极为快速且动态，这要求成像系统具备高速度，以及在极短曝光时间下的高灵敏度。Bergs女士解释道：“我们的速度受到限制，因为所用的基因编码电压指示器(GEVI)本身响应较慢，且软件方面也存在限制。未来，我们或许可以提高速度，但这需要将曝光时间缩短至1毫秒，这样每帧能接收的光子数会大幅减少，因此我们必须依赖高灵敏度来实现这一目标。”

　　“我们之前使用EMCCD相机时，由于风扇振动，难以进行稳定的钳制操作，所以我们需要一台能够水冷且无振动的相机。”

　　此外，他们使用定制软件脚本在Micro-Manager中运行OVC系统，因此新设备需与Micro-Manager软件兼容，以确保设置的便捷性和使用的流畅性。

　　“Kinetix22更快、更灵敏，我们的光子计数显著增加，能够使用更高的速度……我没有任何问题，非常满意。”——Amelie Bergs女士

　　解决方案

　　Kinetix22是这一应用的理想解决方案。它具备高速、高灵敏度、水冷和出色的软件灵活性。其四种主要操作模式——灵敏度、速度、亚电子和动态范围——允许根据需求进行优化，无论是进行小区域的光遗传电压钳(OVC)还是对整个线虫进行成像。

　　Bergs女士分享了使用Kinetix22的体验：“有了水冷功能，完全没有振动，这带来了很大的不同，我们完成了更多的测量。我们使用动态范围模式，因为我们的激光信号非常强烈。”

　　“它更加灵敏和快速，未来我们甚至可以提高速度。之前遇到的一些问题都不再是问题了。我觉得光子计数也有所增加。当然，与此同时，你还能获得更高的分辨率，而且这款相机具有前瞻性，非常灵活，可以用于我们未来可能进行的其他实验……我对Kinetix22非常满意，使用过程中没有任何问题。”