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5 出版物

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07/10/19| 金博宝188登录使用非基因编码的近红外荧光儿茶酚胺纳米传感器成像纹状体多巴胺释放。
Beyene AG,Delevich K,Del Bonis-o 'donnell JT,Piekarski DJ,Lin WC,Thomas AW,Yang SJ,Kosillo P,Yang D,Prounis GS,Wilbrecht L,Landry MP
科学进步。2019 7月10日; 5 (7): Eaaw3108。Doi: 10.1126/sciadv.aaw3108

神经调节在健康和疾病的大脑功能中起着至关重要的作用,需要新的工具来捕捉具有高空间和时间分辨率的神经调节。在这里,我们介绍了一种在近红外范围 (1000-1300 纳米) 具有荧光发射的合成儿茶酚胺纳米传感器,即近红外儿茶酚胺纳米传感器 (nIRCat)。我们证明 nIRCats 可用于测量脑组织中电子和光遗传学诱发的多巴胺释放,显示中值大小为 2 μ m 的热点。我们还证明了 nIRCats 与多巴胺药理学相容,并显示了诱发多巴胺释放的 D2 自身感受器调节,这在不同热点随着初始释放幅度的函数而变化。总之,我们的数据表明,nIRCats 和其他这类纳米传感器可以作为多功能合成光学工具,以高空间分辨率监测神经调节神经递质的释放。

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18 11/14| 用自组装寡核苷酸环功能化的碳纳米管中神经调节剂对荧光的超大规模调制。
Beyene AG,Alizadehmojarad AA,Dorlhiac G,Goh N,street AM,kr á L P,vukovi c L,Landry MP
纳米字母。2018 11月14日; 18 (11): 6995-7003。Doi: 10.1021/acs.nanolett.8b02937

单链 DNA (ssDNA) 寡核苷酸和单壁碳纳米管 (SWNTs) 之间的非共价相互作用为各种应用提供了一类独特的可调谐化学。然而,缺乏对其效用背后的光物理和分子间现象的机械洞察,这导致了产生基于 ssDNA-SWNT 技术的强制性启发式方法。在这项工作中,我们提出了一种超灵敏的 “开启” 纳米传感器,用于神经调节剂多巴胺和去甲肾上腺素,其荧光强度 (Δ F/F) 的相对变化高达 3500%, 适合体内神经成像的信号,并揭示了光物理原理和分子间的相互作用,它们控制着这种纳米传感器的分子识别和荧光调节,这种纳米传感器是由 (GT) 在 SWNTs 上的 ssDNA 环的自发自组装合成的。证明了 ssDNA-SWNT 共轭物的荧光调制对 ssDNA 序列化学、长度和表面密度表现出显著的敏感性,提供了一组调整纳米传感器动态范围的参数, 分析物的选择性和荧光开启的强度。我们采用经典和量子力学分子动力学模拟来使我们的实验发现合理化。计算表明,(GT) ssDNA 在 (9,4) SWNTs 周围形成有序环,产生调节激子复合寿命的周期性表面电位。提出了进一步的证据来阐明多巴胺分析物结合如何调节 SWNT 荧光。我们讨论了我们的发现对基于 SWNT 的分子成像应用的影响。金博宝188登录

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18 11/13| 新的光学探针揭示了多巴胺。
Beyene AG,Delevich K,Yang SJ,Landry MP
生物化学。2018 11月13日; 57 (45): 6379-6381。Doi: 10.1021/acs.biochem.8b00883

大脑中神经元之间的化学信号可以分为两大类: 快速突触传递和神经调节。由谷氨酸和 GABA 等氨基酸介导的快速突触传递在毫秒时间尺度上发生,并导致离子通过突触后神经元上的配体门控离子通道流入 (数字1A)。电生理和光学成像工具,包括基因编码的电压指示器,使神经科学家能够将突金博宝188登录触在时间和空间传递的原因 (神经递质释放) 和效果 (膜极化) 联系起来。与经典的神经递质不同,神经调节剂不会产生刺激或抑制目标神经元的即时电效应。相反,神经调节剂调节神经元的内在或突触特性,最常见的是通过与 g蛋白偶联受体 (GPCRs) 的相互作用 (数字1B)。神经调节剂可以逃脱突触间隙并广泛扩散,允许它们以状态依赖的方式影响许多神经元的活动。因此,神经调节剂流量的空间成分是至关重要的。然而,经典用于研究神经调节的技术的时间和/或空间局限性,例如微透析和快金宝搏官方速扫描循环伏安法 (FSCV), 很难解释神经调节物的释放是如何在瞬间的基础上影响目标神经元群体的可塑性或功能的。因此,能够检测具有高时空分辨率的神经调节剂的工具对于理解它们对控制健康和疾病行为的神经计算的影响至关重要。

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10/18/17| 多巴胺神经调节的随机模拟,用于在纹状体细胞外空间实现荧光神经化学探针。
Beyene AG,McFarlane IR,Pinals RL,Landry MP
ACS 化学神经科学。2017 10月18日; 8 (10): 2275-2289。Doi: 10.1021/acschemneuro.7b00193

金博宝188登录成像由个体定量释放事件引起的细胞外空间中神经调节神经递质的动态行为将构成神经化学成像的一个重大进步。这些高度随机的神经调节事件的空间和时间分辨率要求在光学纳米传感器的化学发展上同时取得进步,该传感器对神经调节剂有选择性,这与成像方法的进步相一致,以捕捉毫秒级神经递质的释放。在此,我们开发并实现了一个随机模型来描述细胞外空间 (ECS) 中的多巴胺动力学指导荧光神经化学探针的设计和实现,记录 ECS 中的神经递质动态。我们的模型是从第一原理发展而来的,在纹状体组织的 3D 模拟体积中模拟多巴胺的释放、扩散和再摄取。我们发现神经调节的体内成像需要同时优化多巴胺纳米传感器的可逆性和灵敏度: 纹状体或伏隔核中的多巴胺成像需要具有最佳多巴胺解离常数 (K) 的纳米传感器 1 μ m,而大于 10 μ m 的 Ks 是前额叶皮层多巴胺成像所必需的。此外,由于纹状体多巴胺末端活动的概率性质,我们的模型揭示了 20 赫兹的成像帧速率对于记录时间分辨多巴胺释放事件是最佳的。我们的工作提供了一个建模平台来探索如何用荧光纳米传感器研究复杂的神经调节过程,并能够直接评估纳米传感器化学和成像硬件参数。我们的随机模型是评估荧光神经传递探针的通用模型,广泛适用于其他神经递质荧光团的设计及其在体内实现的优化。金宝搏官方

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08/15/17| 用于深层组织多巴胺纳米传感器成像的双近红外双光子显微镜。金博宝188登录
Bonis-o 'donnell JT,Page RH,Beyene AG,Tindall EG,McFarlane IR,Landry MP
高级功能材料。2017 8月15日; 27 (39): 1702112。Doi: 10.1002/adfm.v27.3910.1002/adfm.201702112

在生物结构中实现深度成像的一个关键限制是光子的吸收和散射导致荧光的衰减。金博宝188登录特别是,神经递质成像在完整大脑的生物学相关背景下具有挑战性,因为光子必须穿过头盖骨、皮肤和骨骼。因此,荧光成像仅限于大脑的表面皮质层,只有开颅手术才能实现。在此,本研究描述了最佳激发和发射波长,用于头颅成像,并证明了近红外发射纳米传感器可以使用两个光子 1560 纳米激发源进行光激发。多巴胺敏感的纳米传感器可以经历双光子激发,并提供对多巴胺有选择性的手性依赖性反应,荧光开启反应在 20% 到 350% 之间变化。进一步计算了多巴胺纳米传感器的双光子吸收截面和量子产率,确定了纳米传感器激发过程的双光子幂律关系。最后,展示了纳米传感器嵌入 2-mm 深度模拟大脑组织体模的改进图像质量,其中一个光子激发产生 42% 的散射, 当同一物体在双光子激发下成像时,与 4% 散射相反。该方法克服了传统的深层组织荧光显微镜检查的局限性,并且能够在完整和活体大脑的生物学相关环境中进行神经递质成像。

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