非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用——感觉与神经系统方面应用

作者：旭月（北京）科技有限公司 美国扬格非损伤技术中心

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摘要：本文介绍了非损伤微测技术在感觉与神经系统研究领域的应用。

关键词：非损伤微测技术，感觉与神经系统

感觉系统一般指躯体感觉系统和特殊感觉（视、听、味、嗅）系统，神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统。感觉系统和神经系统具有密切联系，常统称为感觉和神经系统，是生命科学研究的重要热点领域之一。非损伤微测技术^[1,2]作为世界尖端水平的特异性离子分子检测技术，测量方便、快捷、三维和实时，对样品无任何伤害，在感觉与神经系统的研究中拥有其他方法无法比拟的优势。下面简要介绍三个具体应用实例。

1 非损伤微测技术研究神经递质谷氨酸的功能

Kreitzer MA等^[3]用选择性H⁺微电极测量鲶鱼视网膜水平细胞的胞外H⁺流，发现神经递质谷氨酸能诱导胞膜外表面区域的碱化。通过利用一系列已知功能的受体兴奋剂和阻断剂进行对比实验，确认谷氨酸诱导的细胞外碱化源于谷氨酸激活细胞膜Ca²⁺/H⁺ ATP酶。该过程能减轻感光受体突触末端被藏匿质子（exocytosed protons）对神经递质释放的抑制作用，这对原先水平细胞质子作用的假设提出严峻挑战。

图1通过测量单个鲶鱼水平细胞的胞外H⁺流表征谷氨酸受体兴奋剂的作用。^[3]

2 非损伤微测技术研究嗜铬粒蛋白A的神经毒性

在阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发病过程中，老年斑成分嗜铬粒蛋白A近来被发现具有神经毒性作用。Twig G等^[4]用非损伤微测技术研究发现嗜铬粒蛋白A能刺激微神经胶质细胞释放H₂O₂，导致其凋亡。在此基础上又发现嗜铬粒蛋白A与β淀粉状蛋白质及干扰素γ在神经毒性上具有相互促进作用。

3 非损伤微测技术直接观察神经损伤导致的NO外流

Kumar SM等^[5]采用NO选择性微电极直接观测到水蛭中枢神经系统损伤后，伤口立刻流出NO。伤口处内皮NO合酶的激活早于微神经胶质细胞的积聚，充分证实了NO对神经胶质运动的调控作用。

非损伤微测技术对人们认识感觉与神经系统中的各种生理机制，确认与感觉、神经活动有关的各种神经递质、蛋白等的功能具有重要意义。在感觉与神经系统功能层面的研究中，非损伤微测技术将发挥越来越重要的作用。

图2嗜铬粒蛋白A诱导培养的微神经胶质细胞释放H₂O₂。^[4]

图3神经索损伤后的典型NO反应曲线。^[5]

参考文献

[1] Smith PJ. The non-invasive probes - tools for measuring transmembrane ion flux,Nature,1995, 378(6557):645-646

[2] Reid B, Nuccitelli R, Zhao M. Non-invasive measurement of bioelectric currents with a vibrating probe,Nat Protoc,2007,2(3):661-669

[3] Kreitzer MA, Collis LP, Molina AJ,et al. Modulation of extracellular proton fluxes from retinal horizontal cells of the catfish by depolarization and glutamate. J Gen Physiol,2007,130(2):169-182

[4]Twig G, Graf SA, Messerli MA,et al. Synergistic amplification of beta-amyloid- and interferon-gamma-induced microglial neurotoxic response by the senile plaque component chromogranin A. Am J Physiol Cell Physiol,2005,288(1):C169-C175

[5] Kumar SM, Porterfield DM, Muller KJ,et al. Nerve injury induces a rapid efflux of nitric oxide (NO) detected with a novel NO microsensor.J Neurosci,2001,21(1):215-220