多光子显微镜探究斑马鱼的社会行为

图 1：多伦多大学所用多光子显微镜系统中包括可调谐 激光器 (Coherent Discovery) 和固定波长激光器 (Coherent Axon)，可节省宝贵的平台空间，同时改善成像灵活性。 照片由多伦多大学的 Neil Merovitch 提供。

挑战

多伦多大学儿童医院的博士生 Neil Merovitch 是一位神经科学研究员，从事此工作的部分原因是他曾患有肌张力障碍，这是一种运动障碍。 他说：“我目前的研究重点是斑马鱼的社会行为。斑马鱼是一种研究神经科学的生物模型，因为它们的神经系统很简单，并且遗传特性与人类相似。 我正在与同事合作研究参与社会识别的特定大脑区域，以及在此过程中大脑中的联系是如何加强或削弱的。” 他解释说，其中一些研究使用了 Cofilin 这种过度表达蛋白质的转基因斑马鱼，这种蛋白质已知在大脑连接的形成和修改中起重要作用。 这种蛋白质与绿色荧光蛋白 (GFP) 融合后，就能够用荧光显微镜观察到。 简单来说，Neil 想使用 GFP 报告基因来描绘与社会记忆相关的连接的变化。 这些记忆是在社交互动过程中形成的，例如，区分新来的和熟悉的斑马鱼。 在相关实验中，使用了比 GFP 波长更长的荧光报告基因。

解决方案

Neil 一直与研究技术人员 Georgiana Forguson 和 Daphne Tam 合作，并拥有非常合适的研究工具： 配备两台相干公司激光器的先进多光子显微镜。 其中一台是920 nm固定波长的Axon激光器，可实现优异的 GFP 双光子激发;另一个是波长可调谐的 Chameleon Discovery NX，同时具有额外的 1040 nm 固定输出波长。这两个激光器互相配合，即使红色荧光报告分子在双光子激发下所需的长波长下也能提供充足的功率。 两台激光器都包含集成的全功率控制 (TPC) 功能，可对激光功率进行快速控制，以简化更深层次的成像以及在快速扫描期间实现消隐。

Neil 认为，除了光学性能(例如波长调谐和功率)之外，Axon 和 Discovery 的 TPC 功能是在此类实时成像中的主要优势之一。 他还指出，与相干公司签订替换服务合同意义重大，“如果我们在使用任何一台激光器时遇到任何问题，相干公司将立即向我们提供替换机，这样基本上没有停机时间，我们非常安心。”

图 2：成年斑马鱼前脑的代表性图像。 转基因神经元过度表达蛋白 Cofilin(与 GFP 融合)，目前已知这种蛋白在高浓度下会形成杆状结构。 GFP 在 940nm 波长下激发。 激发源： Chameleon Discovery TPC。 图像是最大强度投影 z 堆栈(23 个切片，每个 2um)，按深度进行颜色编码。 图片由多伦多大学的 Neil Merovitch 提供。

结果

截至 2022 年，Neil 报告说他已经在收集和分析使用这种多功能显微镜获得的新数据 — 请参见下图中的示例。 他说：“这项工作有望帮助我们更全面地了解社会记忆缺陷的神经学基础，一些患有神经发育和智力障碍的个体就存在这种问题。 我的目标是，这项工作有朝一日可以帮助其他人，就像对肌张力障碍的研究帮助了我一样。”

审核编辑 黄宇