亚细胞神经元钙成像

图1：一段初级海马神经元表达突触前jGCaMP8f钙指示剂的视频。图像显示了整个神经网络及刺激后的钙活动，每个点代表一个突触。视频由Kinetix22在灵敏度模式下以88帧/秒拍摄，曝光时间为10毫秒。

背景

CIPMM的Barbara A. Niemeyer教授实验室关注生理和疾病中钙(Ca2+)信号调控的分子机制。实验室使用蔡司显微镜系统，Zen软件对多用户环境至关重要。

我们采访了实验室的博士生Lukas Jarzembowski：“我的研究主要聚焦于钙如何进入细胞的机制，特别是钙在神经元和神经传递前突触中的失调。我正在利用成像和光学生理工具，在单一突触层面研究初级海马神经元。”

“钙进入的一种途径是通过离子通道与内质网(ER)相互作用，我正在使用针对不同细胞区室的GCaMP荧光钙传感器，以了解该通路在神经传递中的作用。”

图2：基于图1样本的活动随时间变化的Z图。图表显示，起初是一段静止期，随后整个神经网络活动激增，强度逐渐增强。

挑战

Jarzembowski先生进一步描述了该应用的成像挑战：“我们使用低光剂量的活初级神经细胞，因此GCaMP的信号相当低。此外，突触前部分已经非常微小，而在内质膜中突触前部分更小，因此体积非常小，GCaMP含量极低。单个突触的反应也难以预测，所以我需要尽可能多地记录到非常微弱的信号。”

“理想情况下，我希望在全视场内以大约40帧每秒的速度拍摄，但未来我可能会尝试进行电压成像，这需要更快的采集速度。至于分辨率，我正在寻找亚细胞区间的钙信号，我们的蔡司系统上用的是Prime 95B，运行得很好，但像素对放大倍率来说稍显大，我们想要更高的分辨率，所以需要更小的像素尺寸。”

“我们还有一个Photometrics Evolve EMCCD，虽然灵敏，但视野太小，我没必要在那里做实验。”

为此，该应用需要一台能够最大化蔡司成像系统视场，同时具备高灵敏度的相机，以足够高的速度捕捉该极弱信号，并具有亚蜂窝分辨率。未来实现高速电压成像的未来保障也很理想，需要一台能以1000 fps或1 kHz运行的相机。

解决方案

Kinetix22是该应用的理想解决方案，既具备Kinetix系列相机的所有优势，又最大化蔡司显微镜的视野。Jarzembowski先生谈及他使用Kinetix22的经历：“我们在多种钙传感器上测试了Kinetix22，如GCaMP和谷氨酸信号，最高达到500 fps以上，运行得非常顺利，视野非常宽广，我们能将整个神经元都覆盖到它上，这正是我们所需要的。”

“我们用Zen做成像;我们部门有很多不同的用户，所以Zen的灵活性至关重要。在我们的蔡司系统上，使用Kinetix22的硬件设置很简单，我们使用了T卡口适配器，这给了我们全画面视图，非常实用且光源均匀，完全没有问题。总体来说，[Kinetix22]运行得非常好。”