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金纳米颗粒的胆固醇功能化增强神经活动的光激活
摘要： 附着于神经元质膜胞外侧的纳米金颗粒（AuNPs）可通过短暂光脉冲诱发动作电位（APs）。最新技术能将AuNP生物偶联物稳定结合至神经元膜蛋白（离子通道），实现光激发偶联介导的可靠AP生成。但若采用非蛋白特异性方式将AuNPs结合至质膜，或可为同一组织内多种可兴奋神经元建立光响应性提供更简便的单步方案?；诘ü檀伎刹迦胫誓さ奶匦?，本研究测试了末端修饰胆固醇的线性二氢硫辛酸-聚乙二醇（DHLA-PEG）链功能化AuNPs（AuNP-PEG-Chol）能否诱导神经元光生AP。以20nm球形AuNP-PEG-Chol偶联体标记大鼠背根神经节（DRG）神经元（约30%表面配体DHLA-PEG-COOH连接PEG-Chol）。电流钳记录显示，此类标记的DRG神经元能响应532nm微秒/毫秒级光脉冲产生AP，该特性源于胆固醇组分促进AuNP-PEG-Chol偶联体与质膜的紧密锚定。其光诱导AP及阈下去极化反应与既往大分子免疫偶联靶向通道蛋白的AuNP偶联体效果相似，可能反映AuNP-PEG-Chol通过等离激元光吸收引发质膜轻微快速加热后，同步诱发跨膜去极化电容电流的能力。值得注意的是，通过记录电极缓冲液递送至DRG神经元的AuNP-PEG-Chol同样赋予光响应性，证实其与质膜胞内侧（细胞面）结合的有效性。结果表明AuNP-PEG-Chol偶联体能赋予神经元即时稳定的直接光响应，该策略为建立可兴奋细胞光敏感性提供了通用方法，对探索特定组织适用AuNP介导的神经活动光调控具有重要价值。
关键词： 纳米颗粒功能化、胆固醇、动作电位、神经光激活、光电容效应、金纳米颗粒、光敏感性、背根神经节细胞
更新于2025-09-23 15:23:52
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光激活氯离子通道的心脏电生理效应
摘要： 过去十年间，光遗传学已成为监测和调控可兴奋组织（包括心脏）中特定细胞类型行为的范式转变技术。阳离子通道视紫红质（ChR）的激活会导致膜去极化，从而有效触发电心肌细胞的动作电位（AP）。相比之下，开发通过超极化抑制AP产生的光遗传学工具仍具挑战性。来自小球藻（Guillardia theta）的绿光激活型ChR（GtACR1）介导的Cl?驱动光电流已被证实能沉默多种神经元中的AP产生，因此被认为可能适用于抑制心肌细胞活动。通过单细胞电生理记录、收缩追踪、细胞内微电极记录以及对完整心脏的在体光学记录，我们发现持续光照激活GtACR1会使心脏细胞停滞于去极化状态，从而抑制再兴奋。与此一致的是，短暂光脉冲激活GtACR1会在离体兔心肌细胞和自发搏动的斑马鱼完整心脏中诱发动作电位。结果表明，GtACR1对AP产生的抑制源于细胞去极化。虽然这并未解决通过生理手段（即超极化）实现光遗传学沉默的需求，但GtACR1作为通过瞬时光诱导去极化激活心肌细胞的潜在有效工具具有吸引力。
关键词： 心脏、动作电位、斑马鱼、光遗传学、GtACR1、天然阴离子通道视紫红质
更新于2025-09-23 15:22:29
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小鼠骨骼肌纤维中动作电位启动与传导的光学记录
摘要： 骨骼肌纤维已被用于研究多种细胞功能及病理状态。除其他参数外，通过测量骨骼肌动作电位（AP）传导可评估其完整性与功能。本研究采用1-(3-磺酸丙基)-4-[β-[2-(二正辛氨基)-6-萘基]乙烯基]吡啶鎓内盐（一种电位敏感染料）和低亲和力胞内钙离子指示剂mag-fluo-4，以无创可靠的方式测定骨骼肌AP传导速度。我们使用远程外置双极电极产生交替极性电场，在纤维两端引发AP。通过酶解分离的趾短屈肌（FDB）纤维配合高速线扫描技术，测得传导速度为约0.4米/秒。在升高细胞外钾离子条件下应用这些方法，证实高[K?]?环境会显著降低传导速度。由于FDB纤维的实测速度远低于既往其他肌群报道值，我们将其与伸指长?。‥DL）纤维进行对比，发现EDL纤维传导速度显著快于FDB纤维。通过比较钠通道表达水平，发现EDL纤维具有更高表达量是造成该差异的基础原因。除传导速度测量外，我们还通过施加河豚毒素阻断钠通道来检测脉冲诱发的被动电紧张电位，并构建了骨骼肌纤维电路模型以预测电场刺激引起的被动极化。模型预测结果与体外实验记录高度吻合。运用这些技术，我们可以探究各类病理状态和基因突变对骨骼肌AP传导的影响。本研究表明，采用1-(3-磺酸丙基)-4-[β-[2-(二正辛氨基)-6-萘基]乙烯基]吡啶鎓内盐或mag-fluo-4进行AP启动与传导的无创测量具有重要价值。
关键词： 电位敏感染料、动作电位、钠离子通道、骨骼肌、钙离子指示剂、传导速度、电场刺激
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过动作电位和钙瞬变的光学标测显示，采用仿生线索对人类心脏工程组织进行组合处理可诱导功能成熟
摘要： 尽管已有研究表明，微沟槽诱导排列（μ）、三碘甲状腺原氨酸（T3）诱导和电刺激（EC）等仿生刺激能促进人多能干细胞来源心肌细胞（hPSC-CMs）的成熟，但关于这些因素对工程化心脏组织构建体的组合效应及其分子机制的系统研究尚未见报道。本研究采用人胚胎干细胞来源心室肌细胞（hESC-VCMs）制备微图案化人源心室各向异性心肌片层（hvCAS），通过功能学、钙离子（Ca2+）处理及分子分析等多维度手段，系统研究了组合处理的生理效应。高分辨率光学标测显示：联合μ-T3-EC处理使hvCAS传导速度提升2.3倍、各向异性比率提高1.8倍、成熟静息-可兴奋状态比例增加5倍（>70%）。这种电生理改变源于钠电流密度升高与"起搏电流"密度降低，分别与SCN1B基因上调和HCN2/4转录本下调的观测结果一致。此外，编码受磷蛋白（PLN）和肌浆网/内质网Ca2+-ATP酶（SERCA）的钙处理相关转录本上调，导致Ca2+瞬变上升支与衰减动力学加快。RNA测序及通路分析表明TGF-β信号通路被抑制——其受体激动剂TGF-β1和拮抗剂SB431542分别部分逆转了T3-EC诱导的静息状态及自发性收缩减弱现象。综上，我们得出结论：拓扑结构线索本身通过T3-EC增强了心脏组织构建体的电生理特性和钙处理能力。这些研究不仅深化了对hPSC-CM生物学的认知，更通过促成熟因子的协同作用提升了工程化心脏组织在体外药物筛选和疾病建模中的应用价值。
关键词： 三碘甲状腺原氨酸、钙处理、电刺激、组织工程、成熟、动作电位
更新于2025-09-23 15:19:57
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首次在大动物模型中运用高分辨率近红外光学标测技术评估窦性心律及心房颤动期间的心房激动情况
摘要： 心房颤动（AF）构成严重的健康风险，但由于多电极标测技术分辨率有限、覆盖范围不足且仅能记录表面信号，其发病机制仍不明确。近红外光学标测（NIOM）技术的出现为离体动物研究乃至血液灌注心脏的心肌壁内电生理信号记录带来了新机遇。将高分辨率透壁NIOM进一步应用于离体人类心房后，可在房颤发作期间解析三维心房壁内数毫米深度的传导活动，从而突破单纯表面多电极标测的局限，深化对房颤的理解。因此，活体NIOM或有助于明确患者特异性心律失常机制，进而提升靶向治疗精准度。但目前该技术尚未在大型动物模型中开展活体应用——这是必须迈出的第一步。
关键词： 心房颤动、动作电位、电压敏感染料成像、窦房结、心外膜标测
更新于2025-09-04 15:30:14