يلعب Ca2+ دورا مهما في نقل الإشارات الخلوية ، حيث ينظم الوظائف الخلوية المختلفة مثل تقلص العضلات1 ، والتوصيل العصبي2 ، والإفراز3 ، والتعبير الجيني4 ، وبالتالي التأثير على العمليات الفسيولوجية المتعددة. يمكن أن تؤدي تركيزات Ca2+ غير الطبيعية إلى أمراض مثل عدم انتظام ضرباتالقلب 5 واضطرابات التخثر6 والاختلالات الهرمونية7. لذلك ، فإن دراسة آليات تغيرات تركيز Ca2+ داخل الخلايا لها أهمية قصوى.
تشارك القنوات الأيونية المختلفة في تنظيم تركيز Ca2+ في الخلايا ، بما في ذلك قنوات الكالسيوم المنشط بإطلاق الكالسيوم (CRAC) الانتقائية عالية الكالسيوم2 + 8 والقنوات الكاتيونية غير الانتقائية من عائلة TRP9. يمكن تنشيط هذه القنوات الأيونية عن طريق المحفزات مثل درجة الحرارة10 والمركبات والمكونات النشطة الموجودة في الطب الصيني التقليدي11 ، مما يلعب دورا مهما في العديد من العمليات الفسيولوجية المتعلقة ب Ca2+.
تعد المراقبة الفعالة لتغيرات تركيز Ca2+ داخل الخلايا أمرا ضروريا لدراسة القنوات الأيونية المرتبطة ب Ca2+ ، لا سيما في مجال الطب الصيني التقليدي ، حيث يلعب تنظيم إشارات الكالسيوم دورا مركزيا في العديد من الأساليب العلاجية. حاليا ، يمكن تصنيف الطرق الأساسية لقياس Ca2+ داخل الخلايا إلى نوعين: القياسات الكهربائية والبصرية. يستخدم نهج القياس الكهربائي تقنية مشبك التصحيح لتقييم التغيرات في إمكانات غشاء الخلية بسبب تدفق Ca2+ 12.
في القياس البصري ، ترتبط مجسات الفلورسنت على وجه التحديد بCa 2+ ، مما يسمح للباحثين بتتبع التغيرات في شدة التألق الخلوي. تشمل الطرق البصرية الشائعة التقنيات القائمة على البروتين الفلوري والصبغة الفلورية. في الطرق القائمة على البروتين الفلوري ، يمكن للباحثين الإفراط في التعبير عن البروتينات الفلورية الحساسة ل Ca2 + مثل Cameleon13 و GCaMP14 في الخلايا ومراقبة تغيرات إشارة التألق باستخدام المجهر الفلوري أو قياس التدفق الخلوي لمراقبة التحولات في تركيزات Ca2 + السيتوبلازمية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للباحثين الإفراط في التعبير عن هذه البروتينات في الفئران واستخدام الفحص المجهري الفلوري ثنائي الفوتون للمراقبة في الوقت الفعلي في الجسم الحي أو على مستوى الأنسجة لتركيزات Ca2+ داخل الخلايا ، مما يوفر دقة عالية واختراق الأنسجة العميقة10.
بالنسبة للطرق القائمة على صبغة الفلورسنت ، تشمل مجسات Ca2+ شائعة الاستخدام Fluo-3 / AM و Fluo-4 / AM و Fura-2 / AM10. يحتضن الباحثون الخلايا في محلول يحتوي على مجسات الفلورسنت هذه ، والتي تعبر غشاء الخلية ويتم شقها بواسطة استيرازات داخل الخلايا لتشكيل مركبات نشطة (على سبيل المثال ، Fluo-3 و Fluo-4 و Fura-2) التي تبقى داخل الخلية. تظهر هذه المجسات الحد الأدنى من التألق في شكلها الحر ولكنها تنبعث منها مضان قوي عند ربطها ب Ca2+ داخل الخلايا ، مما يشير إلى التغيرات في تركيزات Ca2+ السيتوبلازمية. بالمقارنة مع البروتينات والأصباغ الفلورية الأخرى ، عادة ما يكون Fura-2 متحمسا عند أطوال موجية 340 نانومتر و 380 نانومتر. عندما يرتبط ب Ca2+ الحر داخل الخلايا ، يخضع Fura-2 لتحول امتصاص ، مما يحرك ذروة الطول الموجي للإثارة من 380 نانومتر إلى 340 نانومتر ، بينما تظل ذروة الانبعاث بالقرب من 510 نانومتر دون تغيير. هناك علاقة كمية بين شدة التألق وتركيز Ca2+ المرتبط ، مما يسمح بحساب تركيز Ca2+ داخل الخلايا عن طريق قياس نسبة شدة التألق عند هذين الطولين الموجيين للإثارة. تقلل قياسات النسبة من آثار التبييض الضوئي ، وتسرب مسبار الفلورسنت ، والتحميل غير المتكافئ ، والاختلافات في سمك الخلية ، مما يؤدي إلى نتائج أكثر موثوقية وقابلية للتكرار (الشكل 1).
تستخدم أنظمة التصوير أحادية الخلية Ca2+ بشكل أساسي تقنيات الفحص المجهري ومؤشر Ca2 + Fura-2 / AM للكشف عن تركيزات Ca2+ داخل الخلايا. تشتمل هذه الأنظمة على مجهر مضان ، ومصدر ضوء تصوير Ca2+ ، وبرنامج تصوير مضان ، مما يتيح المراقبة الكمية في الوقت الفعلي لتغيرات Ca2+ في السيتوبلازم لخلايا متعددة في وقت واحد (ما يصل إلى 50 خلية لكل مجال رؤية). يتم حفظ النتائج بتنسيق ".xlsx" لتحليلها لاحقا. يوفر النظام سرعة تحليل سريعة (حوالي دقيقة واحدة لتحليل مجموعة من الخلايا داخل مجال رؤية واحد) ويولد منحنيات تغيير بديهية ، مما يعزز بشكل كبير من كفاءة الكشف. يعد التصوير أحادي الخلية Ca2 + نهجا تقنيا أساسيا لدراسة القنوات المتعلقة ب Ca2 + وله قيمة كبيرة في البحوث الطبية الحيوية المتعلقة بالقناة الأيونية. من المتوقع أن يؤدي تطبيقه في تقنية تصوير الكالسيوم أحادي الخلية إلى تعزيز البحث بشكل كبير حول الآليات الكامنة وراء الطب الصيني التقليدي.