耿俊娴李少强王诗琪 黄春 吕云杰 胡睿 屈军乐刘丽炜

(深圳大学物理与光电工程学院,教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室,深圳 518060)

钙离子(Ca2+)是细胞的主要信息传输通道,研究Ca2+激活对阐述亚细胞层次生物过程具有重要意义,光激活是目前研究细胞内Ca2+传输和控制的主要方式之一.本文利用近红外脉冲激光刺激标记有金纳米棒(gold nanorods,GNRs)的人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)的Ca2+信号传导,并利用钙离子指示剂(Fluo-4,AM)对其进行双光子荧光成像.实验采用功率为0.5 mW,波长为800 nm 的激发光,平均10 s 就可实现Ca2+光激活,标记GNRs 的神经细胞Ca2+释放速度是未标记GNRs 的6 倍.研究结果表明GNRs 通过局域表面等离子体共振将脉冲激光瞬间转化为热量,改变膜电容,使细胞膜去极化并引发动作电位,使细胞外Ca2+流入,证明了借助GNRs 来增强神经细胞Ca2+激活的可行性,为神经细胞离子通道研究提供了一种光学手段.

1 引 言

钙离子(Ca2+)是细胞内的第二信使,产生通用的细胞内信号,控制着细胞内的多种功能.例如树突和细胞体内的钙浓度变化能调节多种神经细胞的功能,包括突触信号传导、神经元的可塑性以及调节基因转录[1],因此对神经细胞进行Ca2+激活、传输研究有十分重要的生物学意义.

神经细胞活性的调节,通常是利用细胞外环境的局部微小扰动来实现的[2],目前主要有电刺激、超声刺激、磁刺激、光刺激以及光遗传学方法等几种刺激方式[3−6].电刺激方法历史悠久,操作简单且可以精确定量,但是……