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利用高时空精度对心脏中的Gs信号传导进行光遗传学刺激
摘要： 研究肾上腺素能效应对心脏功能影响的标准技术是使用药物激动剂进行灌注，但这种方法无法提供高时间或空间精度。本文证明，光敏Gs蛋白偶联受体JellyOp可实现心肌细胞和完整心脏中Gs信号通路的optogenetic刺激。对表达JellyOp的转基因胚胎干细胞源性心肌细胞或小鼠右心房进行光照，可升高cAMP水平并即时加速自发搏动频率，效果类似于药理β-肾上腺素能刺激。而对左心房背侧进行光照则引发房性早搏，表明局部Gs信号传导存在不良效应。在JellyOp小鼠的离体心室肌细胞中，我们发现光照后Ca2+电流、细胞缩短分数及舒张速率均增加，从而能以高时间精度分析差异化的Gs信号传导。因此，JellyOp表达可实现局部化且时间受限的Gs刺激，将为位点特异性、持续性和脉冲式Gs激活的不同效应提供机制性见解。
关键词： β-肾上腺素能刺激、光遗传学刺激、时空精确性、JellyOp、Gs信号通路、环磷酸腺苷、心肌细胞、心脏
更新于2025-11-21 11:24:58
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心脏显微镜检查 || "时间超分辨率"光学切片显微镜技术
摘要： 近年来，多种超分辨率显微技术相继问世。这里的"超分辨率"是指将光学分辨率突破恩斯特·阿贝提出的衍射极限——这一极限曾被长期视为不可逾越的屏障。本书"心肌细胞定量超分辨率显微镜技术"章节详细介绍了该方法在心脏相关研究领域的应用进展。与空间超分辨率技术同步发展的，是过去二十年间高速高分辨率成像技术的蓬勃兴起：从最初实现视频速率（每秒30帧，亦称"实时"成像），到如今帧率已提升至千赫兹量级。许多生理过程（尤其是神经元、心肌细胞[1]等可兴奋细胞，或血流中的红细胞、白细胞[2]等细胞）需要更高时间分辨率才能阐明兴奋-收缩耦联(ECC)等过程的动力学机制。此类超高速记录仍需保持衍射极限的空间分辨率，以实现功能与亚细胞结构的精准关联[3]。本章重点综述光学切片显微技术及其在细胞心脏病学中的应用，所讨论方法均能对细胞任意区域进行观测——因此排除了全内反射荧光(TIRF)显微镜[4]、扫描近场光学显微镜(SNOM)[5]等本质上仅适用于表面研究的成像方式，同时未纳入需要多幅图像计算切片的技术（如去卷积显微镜[6]、结构光照明显微镜[7]，例如德国耶拿蔡司公司的Apotome.2系统）。
关键词： 超分辨率显微镜、兴奋-收缩耦联、高速成像、心肌细胞、光学切片
更新于2025-09-23 15:19:57
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心肌细胞驱动的各向异性反蛋白石结构色致动
摘要： 由活体组织与人工材料构成的生物混合驱动器，因其动态感知并响应复杂生物电信号的卓越功能，近年来备受关注。本研究基于具有周期性椭圆大孔结构的各向异性反蛋白石基底与水凝胶填充物，设计出兼具自驱动运动与自反馈功能的复合生物混合驱动器。该结构利用各向异性表面形貌与水凝胶的高生物相容性优势，能诱导心肌细胞在弹性基底上形成高度有序排列，并恢复自主搏动能力。随着心肌细胞搏动时的细胞伸缩运动，各向异性反蛋白石基底会产生同步的变形驱动循环，这种形变可通过光子带隙及结构色的相应偏移进行监测。这类自驱动生物混合驱动器可作为构建软体结构色机器人的元件，例如模拟摆尾动作的仿生孔雀鱼。此外，通过将自驱动生物混合驱动器与微流控技术集成，我们开发出具有微观生理可视化特性的先进心脏芯片系统，可用于集成化细胞监测与药物测试。这种源自各向异性反蛋白石的生物混合驱动器在生物医学工程领域具有广泛应用前景。
关键词： 心肌细胞、微流控技术、反蛋白石结构、芯片心脏、结构色、执行器
更新于2025-09-04 15:30:14