为什么要测定神经元活动?

神经元网络的产生和成熟是神经形成的必要特征,可用于确证正常神经元功能发育所需的细胞过程已经形成。人诱导多能干细胞 (hiPSC) 衍生神经元的最新进展为研究人类神经系统的基本发育机制和复杂的疾病提供了强大的体外模型策略。已有多个研究领域(包括分子和发育神经科学、药物开发和神经毒理学在内)采用 hiPSC 衍生细胞模型来深入了解相关神经元网络和疾病状态的功能信息。然而,这些模型在分化、成熟和功能活跃时的表征和优化受限于当前的技术。

测定神经元活动的传统技术通常:

  • 只能测定有限数量的细胞,无法模拟真实的网络环境
  • 无法确认细胞形态、空间分辨率或评估功能的连接性
  • 在神经元成熟的整个过程中分析单个终点,无法进行重复的动力学评估
  • 需要将培养板从培养箱转移到仪器中进行分析,因此会增加敏感细胞损坏或神经元功能改变的几率
  • 无法结合生理相关的环境条件,进一步限制了纵向研究

Incucyte® 神经元活动分析是一套端到端的解决方案,由仪器、软件和试剂组成,可对复杂的神经元活动进行前所未有的评估,深入了解神经元细胞模型的功能。一个新的发现时代正在等待着我们……

应用

Incucyte® 神经元活动分析简介

确定神经元的活化、活化时间及其活动随时间的变化

通过连续成像和分析洞察神经元网络的活动和连通性。Incucyte® 神经元活动分析工具可长时间直接监测突触活动,表征生理相关条件下的神经元细胞模型。使用 Incucyte® 活细胞分析系统、Incucyte® 神经元活动分析软件和 Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒试剂对自发神经元活动进行长达数周或数月的观察和分析。

关键优势

Incucyte® 神经元分析的关键优势

  • 新型无干扰试剂  - 使用 Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒试剂在多种类型的神经元细胞中表达基因编码的荧光钙传感器
  • 可分析数千个细胞 - 自动捕获和分析来自数千个细胞的短期钙流动力学,同时定性监测细胞形态
  • 长期研究神经元活动 - 定量分析 96 孔板每个孔内各活动对象的纵向变化,分析时细胞在培养箱内不受干扰
  • 为每位科学家量身打造 -  使用经实验室测试的活细胞试剂、成熟方案和专用软件,即使是初次使用的用户也能获得前所未有的表型信息

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新型无干扰试剂

在多种神经元细胞类型(包括 iPSC 衍生模型)中表达 Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒,通过检测钙振荡洞察神经元活动的动态变化。

图 1. 高效无干扰的活细胞标记能够在网络形成过程中进行长期的神经元活动分析。将 CNS.4U iPSC 衍生神经元 (Ncardia) 以 20,000 个细胞/孔的密度接种到 96 孔板中,使用 Incucyte® Neuroburst 橙色试剂感染,以监测神经元活动随时间的变化。第 15 天和第 44 天拍摄的视频(时长 3 分钟)显示了神经元活动(钙振荡)的自发形成,而相位图像可以对细胞形态进行定性检查。在 45 天内每 24 小时拍摄一段 3 分钟的视频,其中显示 Incucyte® Neuroburst 橙色试剂保持表达状态。橙色荧光信号动力学的定量分析显示,在实验过程中活动对象的计数增加,且在随后的时间点,平均相关性(连接性)也相应增加,这表明功能成熟的网络正在形成。


数千个细胞分析

使用 Incucyte® Stare 模式视频采集功能自动捕获和分析 96 孔板每个孔中各活性细胞的短期钙运转动力学。轻松生成相关性指标,显示网络中的连接范围。

图 2. 分析 96 孔板中每个活神经元的钙动力学。将 Incucyte® rCortical 大鼠原代皮质神经元以 15,000 个细胞/孔的密度接种,并与 Incucyte® 大鼠星形胶质细胞组成共培养模型,然后使用 Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒进行感染。Vessel 视图 (A) 显示了 96 孔板中第 8 天视频采集期间各孔中获得的活动对象(范围图像)概览,揭示了整个微孔板中对象活动的差异。使用集成式 Incucyte® 神经元活动分析软件模块对范围图像 (B) 进行 mask 处理(显示为紫色 mask),以识别每个活动对象。在给定时间点采集的视频中可以查看 96 孔的迹线汇总 (C),可提供簇放强度、活动对象计数(左边插图的值)和平均关联性(右边插图的值)的完整 96 孔视图。


长期研究神经元活动

定量分析活动的纵向变化,用于表征生理相关条件下的神经元细胞模型

图 3. 识别数周或数月内活动模式的变化,表征神经元细胞模型。将 iCell GlutaNeurons (Cellular Dynamics International) 以 30 K 细胞/孔的密度与大鼠星形胶质细胞共培养物(15K 细胞/孔)接种于 PEI/层粘连蛋白包被的 96 孔培养板上。在体外培养的第 2 天 (DIV 2),使用 Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒感染神经元,并在 20 天的时间里分析自主神经元活动。对神经元活动的平均簇状发放率和平均关联性随时间的纵向动态变化进行动力学定量分析(中间图),结果表明,在神经元网络成熟的过程中,簇状发放率升高,并在第 5 天达到峰值。时间进程数据也显示了神经元突触连接的增加,如图中的关联性增加所示。活动对象迹线(四角处迹线)提供了每个采集视频中神经元活动和连接性动态变化的详细信息,并通过视频查看工具进行定性确认。


为每位科学家量身打造

通过端到端解决方案开启科学发现 - 试剂、方案、专用的采集和分析软件

图 4. 化繁为简。将自动采集和分析的强大功能与我们全新的试剂和经实验室验证的方案相结合,以获得前所未有的表型信息。向导式界面可快速进行实验设置和分析,整个研究团队都可以轻松访问数据和图像。


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神经元活动分析的客户评价

Michael Uhler 博士|教授,生物化学研究教授

分子与行为神经科学研究所,密歇根大学

“Incucyte® 神经元活动分析在比较不同基因型神经元培养物的网络活性方面特别有用,我们认为它对于优化从人类干细胞产生的成熟神经元的培养条件是必不可少的。”

Krishna Vadodaria 博士| 研究助理

Rusty Gage 实验室,Salk 研究所

“Incucyte® 神经元活动分析可测试多个神经细胞系的多种培养条件。  该分析可以帮助我们评估不同细胞类型之间共培养的影响,以过去无法做到的方式和半高通量的规模实现不同处理条件下的多重分析。”

Louis Dang,博士,医学博士 | 临床讲师

Jack Parent 实验室,密歇根大学

“Incucyte® 神经元活动分析可以对干细胞源性神经元中的钙瞬变进行纵向分析。采用 96 孔板分析可对不同细胞系和生长条件进行多重并行比较。簇状发放率、簇状发放持续时间和神经网络形成具有很高的可重现性,孔间差异极小。通过相位差图像同时查看细胞形态的功能对于消除离群值非常有利。”

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产品

数量

产品目录号

Incucyte® SX5 活细胞分析系统

1 台仪器

4816

Incucyte® 神经元活动分析软件模块

1 个模块

9600-0032

Incucyte® Neuroburst 橙色慢病毒试剂

2 mL

4736

Incucyte® Neuroactive 橙色试剂盒

1 盒

4761


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资源

文献和文档

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应用指南

活细胞长期可视化和神经元活动的量化

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单页海报

Incucyte® 神经元活动分析

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方案

Incucyte® 神经元活动分析

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海报:SFN 2017

人诱导多能干细胞来源的神经网络中神经元自主活动和药理反应的活细胞长期可视化和定量分析

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