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oe1(光电查) - 科学论文

11 条数据
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  • 多维筛选获得了具有更高光电流且钙电流与质子电流降低数个数量级的通道视紫红质变体

    摘要： 通道视紫红质（ChRs）是神经科学中广泛使用的光控离子通道，用于实现神经元的光遗传学靶向调控。野生型ChRs可通透多种离子，虽然非特异性ChRs介导的电流在多数神经科学研究中不成问题，但钙离子和质子（可能介导多种细胞信号）的通透性在某些情况下并不理想。本研究致力于开发具有高阳离子光电流但钙/质子通透性较低的ChRs。我们建立了一种自动化时间分辨筛选方法，能快速表型分析通道视紫红质2（ChR2）变体。研究发现ChR2全长的置换突变既能增强电流又可改变离子选择性，且降低钙或质子通透性的突变具有叠加效应。通过组合四个突变位点，我们获得新型ChR——ChromeQ，其光电流性能提升，钙/质子通透性降低达数量级，且能高保真驱动神经元重复动作电位。该方法为定制光遗传工具复杂生理特性提供了可行路径。该筛选技术不仅能发现影响微生物视蛋白性能的新型ChR变体，还可能揭示光遗传蛋白工程的新原理。

    关键词： 神经生物学、钙、蛋白质工程、生理学、光遗传学、质子、通道视紫红质、筛选

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 通道视紫红质嵌合体C1C2中视黄醛的QM/MM光动力学研究（采用OM3/MRCI方法）

    摘要： 全反式视黄醛在通道视紫红质中的光异构化会触发某些绿藻细胞膜上阳离子通道的开启。这种由细胞去极化产生的刺激使绿藻能够感知并响应当前光照条件。这一特性使通道视紫红质在神经科学的光遗传学应用中极具研究价值。我们采用量子力学/分子力学（QM/MM）联合策略，研究了通道视紫红质嵌合体C1C2中的初始光反应过程。几何优化使用OM3/RHF和OM3/MRCI/Amber方案，通过OM3/MRCI/Amber及统计相关数量的分子进行轨迹面跳跃计算以获取反应速率和量子产率。所用模型包含视黄醛席夫碱与C1C2中假定抗衡离子（即谷氨酸或天冬氨酸）的直接氢键作用。通过对比静态与动态特性实验数据（包括时间常数和光谱迹线），计算结果为C1C2光动力学中观测到的短时相和长时相提供了理论依据，并深入揭示了包含自行车踏板运动和呼啦圈扭转运动的光反应机制。

    关键词： C1C2、QM/MM、表面跳跃、光动力学、通道视紫红质

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 利用SYN1和CaMKII启动子表达的通道视紫红质-2对二维和三维培养体系中iPS细胞来源神经元的光遗传学控制

    摘要： 在三维（3D）环境中开发光遗传学可控的人类神经网络模型，可提供一个与生理相关或模拟人脑的研究系统。通过慢病毒和细胞类型特异性启动子，将通道视紫红质-2（ChR2）转导至人诱导多能干细胞（hiPSCs）来源的神经祖细胞（Axol），从而生成光敏神经元。经神经分化后，获得由人iPSCs来源的皮层神经元、星形胶质细胞和祖细胞组成的混合群体（Axol-ChR2）。利用泛神经元启动子突触蛋白-1（SYN1）和兴奋性神经元特异性启动子钙调蛋白激酶II（CaMKII）驱动报告基因表达，以评估靶细胞的分化状态。采用流式细胞术和免疫荧光染色评估分化后Axol-ChR2细胞中ChR2的表达及各亚群特征。将这些细胞从二维培养转移至经精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）和小分子（Y-27632）功能化的三维海藻酸盐水凝胶中。对改良的RGD-海藻酸盐水凝胶进行物理特性表征及细胞活性评估，以建立适用于hPSCs和神经细胞的通用3D培养体系。在细胞包封前，采用钙成像技术研究Axol-ChR2细胞和原代神经元的神经网络活动。结果表明，通过CaMKII和SYN1启动子表达ChR2均成功实现了功能性活动。该RGD-海藻酸盐水凝胶体系支持分化后Axol-ChR2细胞的生长，同时在光刺激下可检测到ChR2表达，从而实现对三维人类神经网络的精准无创调控。

    关键词： 通道视紫红质-2（ChR2）、光遗传学、诱导多能干细胞（iPSC）、三维培养、钙调蛋白激酶II（CaMKII）、突触素-1（SYN1）、海藻酸盐水凝胶、神经组织工程

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 时间分辨红外光谱研究通道视紫红质-2中的超快蛋白质响应

    摘要： 来自莱茵衣藻的通道视紫红质-2中质子化天冬氨酸和谷氨酸残基的羰基振动区域超快红外瞬态吸收显示，视网膜激发后蛋白质立即产生响应。观测到的差频谱带在亚皮秒时间尺度上于激发后直接形成，并被归属为视网膜邻近的侧链（如D156和E90）。该发现表明能量通过氢键网络从视网膜向周围环境发生了超快且高效的转移，揭示了非凡的强生色团-蛋白质耦合及蛋白质内部剧烈的相互作用。文中还讨论了其对作为光控离子通道的蛋白质功能的相关性。

    关键词： 通道视紫红质-2，蛋白质响应，离子通道，超快红外瞬态吸收，氢键网络，发色团-蛋白质耦合，视黄醛激发

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 视网膜质子化席夫碱的不同氢键环境控制着通道视紫红质-2中的光异构化

    摘要： 通过量子力学/分子力学方法研究了通道视紫红质-2（ChR2）光循环的初始事件——反式到顺式的光异构化过程，同时考虑了基态中视网膜环境的柔性特征。采用从头算多组态理论水平处理生色团，我们能够基于泵浦-探测光谱学合理解释实验发现，阐明ChR2相较于其他视紫红质所呈现的更复杂独特机制。特别地，研究发现氢键模式差异会导致不同激发态参与反应，由此可推定最有效的氢键构型。此外，通过模拟红外光谱表征光异构化后首个光循环中间体P500的结构，并与现有实验数据对比验证。该结果源自基于密度泛函理论的半经验方法描述生色团的大规模分子动力学模拟，明确鉴定了从视网膜Schiff碱接受质子的抗衡离子：谷氨酸E123的侧链。

    关键词： 傅里叶变换红外光谱、量子力学/分子力学、视黄醛席夫碱、光异构化、通道视紫红质-2、氢键、激发态、分子动力学

    更新于2025-09-23 06:53:35

  • 利用有机发光二极管（OLEDs）对皮层神经元进行光遗传学调控

    摘要： 方法 - 将培养的小鼠皮层神经元转染蓝光敏感通道视紫红质（ChR2）和绿光敏感嵌合通道视紫红质（C1V1tt）等光敏视蛋白，在脉冲条件下使用峰值发射光谱分别为455纳米和520纳米的蓝光与绿光有机发光二极管（OLED）以1毫瓦/平方毫米功率进行刺激。在转基因小鼠模型中进行体内实验。意义 - 上述结果表明OLED能够产生足够亮度以实现体外和体内的神经调控。这为开发可贴合大脑或外周神经系统神经元靶点形态、带有多个刺激位点的薄型柔性OLED薄膜提供了可能。但需通过适当封装方法仔细评估这些OLED在长期使用条件下的稳定性。主要结果 - 我们展示了表达刺激型视蛋白神经元（4个多电极阵列，每个含16个可记录通道，共34个神经元单位）的神经调控及光刺激锁定单神经元活动。在通道视紫红质转基因小鼠模型的初步实验中，我们还验证了光刺激锁定反应——至少三个可分离的单皮层神经元单位对OLED刺激产生响应。

    关键词： C1V1tt，神经调节，通道视紫红质，有机发光二极管，光遗传学

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 在表达通道视紫红质的小鼠心脏中使用跨壁多LED探针进行心脏起搏

    摘要： 光遗传学通过光激活蛋白实现细胞类型特异性的监测与调控。在心脏研究中，向心肌细胞表达光激活去极化离子通道可实现光学起搏与除颤。既往研究多依赖心外膜光照，但当研究对象转向大型动物及人类时，光穿透心肌组织存在显著困难。为突破这一限制，我们评估了可植入式多发光二极管（LED）光学探针（IMLOP）对表达心脏特异性通道视紫红质-2（ChR2）小鼠心脏壁内起搏的应用价值?？芍踩胩秸胄杞鹕丝刂圃谧畹拖薅取狙芯勘砻鱅MLOP植入仅需约20毫牛顿作用力，从而限制了植入过程中过载可能造成的损伤。组织学切片证实急性使用期间组织损伤范围局限。LED工作时周围组织温度变化低于1开尔文，证实该探针原位使用安全。对照实验显示，即使采用超过起搏所需强度二十倍的刺激参数，也未观察到对心脏动作电位传导的影响。在ChR2表达小鼠心脏的原位实验中，证实光强低至700微瓦/平方毫米即可实现光学刺激（尽管稳定起搏需要更高强度）。单LED起搏时，阈强度（rheobase）和时值（chronaxie）分别为13.3±0.9毫瓦/平方毫米和3±0.6毫秒；当刺激体积加倍时，阈强度显著降低（6.5±0.9毫瓦/平方毫米）。我们成功实现了基于IMLOP的心脏壁内光学起搏，该探针在急性期仅造成局部受限组织损伤且起搏所需光强较低，其长期植入效应尚待进一步研究验证。

    关键词： 通道视紫红质-2，可植入多LED光学探针，心脏起搏，心肌内起搏，光遗传学

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [IEEE 2018年电磁场生物医学应用首届世界大会(EMF-Med) - 克罗地亚斯普利特(2018.9.10-2018.9.13)] 2018年EMF-Med首届电磁场生物医学应用世界大会 - 直接电刺激与光遗传学刺激丘脑底核的比较研究

    摘要： 丘脑底核深部脑刺激是治疗帕金森病的一种方法。本研究结合了产生高原电位的丘脑底核神经元计算模型（大冢模型）和四态ChR2(H134R)模型（威廉姆斯模型），以比较电刺激与光遗传学神经调控的效果。研究探讨了刺激方式（光遗传或电刺激）对放电频率、强度-持续时间曲线及动作电位形态的影响。首先，与电刺激不同，当光刺激强度超过0.1 W/cm2时，平均瞬时放电频率趋于饱和。其次，光遗传刺激的基强度和时值分别比电刺激高175%和9.6%。第三，神经刺激方式对动作电位形态无显著影响。

    关键词： 光遗传学、通道视紫红质-2（H134R）、丘脑底核、大冢模型、计算建模

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 一种优化且自动化的方法用于量化通道视紫红质光电流动力学

    摘要： 通道视紫红质是一种光激活离子通道，可通过光精确调控可兴奋细胞的激活或抑制。其离子电导通常由包含两个开放态和两个关闭态的四步光循环过程描述。虽然缺乏动力学建模就无法全面理解通道视紫红质的功能，但模型拟合需要人工操作，这对非专业人士而言既繁琐又技术复杂。为提升光电流数据分析能力，本文介绍了一个能自动定量分析电生理数据的拟合程序。相较于前版程序，本版本的重大改进包括：1）通过电流信号导数自动识别实验起始时间；2）采用面向对象编程范式（OOP），显著提升了无编程经验者的代码使用可靠性；3）简化代码分发形式——仅需共享单个含完整注释的MATLAB文件。为展示该程序实用性，我们演示了对两种蛋白成员（通道视紫红质-2及通道视紫红质-1与2的嵌合体C1C2）光电流的自动化拟合。

    关键词： 神经科学、通道视紫红质、光遗传学、动力学建模、电生理学

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 为严重视网膜退化的光遗传学治疗及视锥细胞疾病的基因疗法开发高亮度疗效评估指标

    摘要： 目的：呈现具有不同尺寸、颜色和图案的刺激物，并覆盖大范围亮度条件。 方法：将暗视条件下MP1设备原有的滤光条替换为定制滑入式托盘，该托盘引入由外接投影仪（由额外计算机驱动）提供的光源。修改MP1软件使其向驱动投影仪的计算机传输视网膜追踪信息。通过高速视频系统同步采集系统输入与输出图像来评估视网膜追踪性能。在暗视与明视范围内，采用非彩色与彩色光栅/背景组合测量空间分辨率。 结果：经改装后实现的视网膜照度范围可达6.8对数单位明视特罗兰（phot-Td）；但当前研究仅在受试者中测试了-4至+3对数单位phot-Td的较低范围。针对低视力检测优化光学放大倍率，使用4.5至0.2周/度的光栅。在正常受试者中，通过选择适应条件及光栅与背景波长，分别获取视杆细胞、短波敏感（S-）视锥细胞以及长/中波敏感（L/M-）视锥细胞介导的空间分辨率数据。采用蓝锥单色视患者的数据进行验证性研究。 结论：改装后的MP1设备可发展为以下治疗方案的效果评估工具：适用于严重视网膜变性、极低视力及异常眼动（如计划接受光遗传治疗者），以及计划通过基因治疗改善L/M-视锥细胞功能（超过正常视杆与S-视锥细胞功能水平）的蓝锥单色视等视锥细胞疾病患者。

    关键词： 视网膜退化、结果测量指标、低视力、光遗传学、通道视紫红质

    更新于2025-09-04 15:30:14