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神经突生长

   神经突生长是神经元在对指导信号作出反应的过程中产生新突起的过程。神经系统由不同类型神经元构成，神经元是一类高度极化的细胞，有复杂的特定形态结构，通常包括树突和轴突。神经元通过树突结构收集上游神经元或环境中的信息，轴突将收集来的信息以电信号或化学信号的形式传递给下游神经元或非神经细胞（如肌肉细胞），该过程是生物体内重要的信息传递过程。

图1. 神经突生长示意图  

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         在神经发育过程中，神经前体细胞受内在因子和外在因子调控分化成特定形态的神经元，从而发挥特定功能。神经突生长受到精确调控，形态和数量变化、病变性断裂、分支缩回或丧失等都可能与神经发育障碍相关联。目前已鉴定出多种神经系统疾病的潜在致病基因，它们可能引起各种神经系统疾病中神经突生长发生改变。
         神经突生长对于在创伤或疾病后的发育和再生过程中连接神经系统至关重要    。神经突生长监测适用于评估发育神经毒性，是研究神经元损伤、修复以及神经节类器官疾病模型的关键。常规的神经节生长监测实验，研究人员将神经细胞培养到一定时间后，通过荧光染色或直接明场显微镜下观察结果。人工在显微镜下拍摄图像，无法监测实验全过程，获得分析数据有限，且频繁取出细胞样本耗时耗力，改变了细胞培养环境。
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        那么有什么方法可以在不破坏样本条件的情况下更高效地获得神经突生长的成像呢？​

       

         奎克泰生物的JuLI™系列实时活细胞成像分析系统能够为神经突生长实验提供所需要的工具。JuLI™系列设备操作简单，无需复杂人工操作，省时省力；无需频繁取出样本观察，提供稳定的生长环境；实时观察，延时记录，全面呈现类器官培养情况，获取大量数据进行分析。

          应用案例： 

         中山大学眼科国家重点实验室的研究人员在《Science Advances》期刊发表题为“Generation of self-organized sensory ganglion organoids and retinal ganglion cells from fibroblasts”的文章    。
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         研究人员使用JuLI™ Stage在明场下对经ABI慢病毒或Ascl1慢病毒感染后的MEFs细胞进行活细胞成像，实时监测慢病毒感染后细胞形态变化。研究发现由双因子或三因子组合（AB、AI和ABI）诱导的神经元簇通过厚厚的束状神经纤维相互连接，在形态上类似于SG神经丛。

  















图2. 慢病毒感染MEFs细胞形态变化结果

          iSG神经元表现出成熟感觉神经元的生理特征。疼痛感觉神经元表达离子通道Trpv1、Trpm8和Trpa1分别对热、冷和有害的化学物质作出反应。研究者通过钙成像，使用10μM Capsaicin或100μM Menthol来刺激Trpv1和Trpm8，以证实这两种通道在iSG神经元中的功能表达；通过瞬时灌注100mM的KCL来监测细胞的功能活力。使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统进行延时拍摄，记录样本变化过程。结果表明在使用钙指示剂Fluo-8 AM孵育后，几乎所有由ABI诱导的iSG团簇均显示出绿色荧光（L至N）。在所有记录的细胞中，56.8%的细胞对Capsaicin有反应，70.4%的细胞对Menthol有反应（O到U），表明大量iSG神经元表达了具有疼痛感觉神经元特征的离子通道。

  















图3. (L至N)与Fluo-8 AM孵育后，ABI诱导的iSG和相应的荧光信号结果图

        (O至Q)在Ringe(O)、10μM Capsaicin(P)和100mM KCl(Q)中，荧光强度显示的钙离子变化。

        (R)对10μM Menthol和100mM KCl的代表性钙反应。


* 钙反应计算为荧光(∆F)比初始基线荧光(F0)的变化。(S)对10μM Capsaicin和100mM KCl的代表性钙反应。(T和U)散点图显示了单个细胞对Menthol、Capsaicin或KCl的积极反应。

             参考文献

             [1] Gidon A, Zolnik TA, Fidzinski P, Bolduan F, Papoutsi A, Poirazi P, Holtkamp M, Vida I, Larkum ME. Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons. Science. 

                   2020 Jan 3;367(6473):83-87.（IF56.9）

             [2] Miller KE, Suter DM. An Integrated Cytoskeletal Model of Neurite Outgrowth. Front Cell Neurosci. 2018 Nov 26;12:447.（IF5.3）

             [3] Xiao D, Deng Q, Guo Y, Huang X, Zou M, Zhong J, Rao P, Xu Z, Liu Y, Hu Y, Shen Y, Jin K, Xiang M. Generation of self-organized sensory ganglion organoids and retinal ganglion cells from                                  fibroblasts. Sci Adv. 2020 May 29;6(22):eaaz5858.（IF13.6）