Ze względu na uniwersalne właściwości wapnia jako drugiego posłańca, jon ten bierze udział w ogromnej liczbie działań sygnalizacyjnych: transkrypcji genów, narodzin i śmierci, proliferacji, migracji i różnicowania, transmisji synaptycznej i plastyczności. W związku z tym metoda zdolna do śledzenia dynamiki aktywacji wapnia z dokładnością i zwinnością zapewniłaby sposób na obserwację unikalnych reakcji przestrzenno-czasowych. Taką metodą jest technika obrazowania wapnia komórkowego, która koreluje dane funkcjonalne dotyczące przesunięć wapnia z określonymi fenotypami komórek w oparciu o ich odrębne odpowiedzi.
Ca2+ sondy zostały po raz pierwszy opracowane w latach 80-tych, z późniejszymi ulepszeniami pozwalającymi na wykorzystanie tych cząsteczek w testach na żywych komórkach1. Jako wskaźnik chemiczny Fura-2 jest uważany za standard dla pomiarów ilościowych [Ca2+]i. Ester acetoksymetylowy (AM) tego wskaźnika (tj. Fura-2 AM) łatwo przenika przez błonę komórkową i może osiągnąć stężenia wewnątrzkomórkowe 20-krotnie większe niż rozcieńczenie inkubacyjne (np. [5 μM]o/[100 μM]i). Kolejną zaletą Fura-2 jest to, że ma dobrą odporność na fotowybielanie; Tak więc obrazowanie tego wskaźnika przez dłuższy czas nie wpłynie znacząco na jego zdolności fluorescencyjne. Wreszcie, Fura-2 jest wrażliwa na szeroki zakres poziomów wapnia, od ~100 nM do ~100 μM, i ma Kd ~145 nM, co jest porównywalne z spoczynkową [Ca2+]i2. Później opracowano obrazowanie wapnia w komórkach przy użyciu lepszych mikroskopów fluorescencyjnych i metod obliczeniowych, a także sond ratiometrycznych, na które nie ma wpływu obciążenie barwnikiem.
Każda komórka wyraża różne urządzenia wapniowe (pompy, transportery, receptory i kanały), które przyczyniają się do końcowej odpowiedzi jako szczególna sygnatura. Ważną wskazówką jest znalezienie selektywnych odpowiedzi różnych typów komórek skorelowanych z ich ekspresją fenotypową. W związku z tym istnieją co najmniej dwa różne receptory, które działają poprzez przesunięcia wapnia: receptory jonotropowe, które przenikają Ca2 + w trybie szybkim i powolne receptory metabotropowe sprzężone ze szlakami sygnałowymi i zapasy wewnątrzkomórkowe, które uwalniają Ca2 + aktywowane przez drugie przekaźniki, takie jak trifosforan inozytolu i cykliczna ADP-ryboza3.
Na przykład, komórki progenitorowe wyrażają gniazdo w niedojrzałej siatkówce i wykazują receptoryGABA A zdepolaryzowane przez GABA (lub muscymol)4. Dzieje się tak z powodu gradientu elektrochemicznego Cl- z wysokimi wewnątrzkomórkowymi poziomami Cl−; w miarę rozwoju tkanki transportery KCC2 przełączają się z pobudzenia na progenitorach na hamowanie na dojrzałych neuronach GABAergicznych5. Z drugiej strony, komórki macierzyste, które wyrażają sox-2 w niedojrzałej strefie podkomorowej (SVZ) gryzoni po urodzeniu, wykazują również metabotropowe receptory H1 aktywowane przez histaminę, zwiększając Ca2+ w powolny sposób6. Drugi receptor metabotropowy z rodziny receptorów aktywowanych proteazą-1 (PAR-1), aktywowany przez trombinę i w dół do G (q / 11) i fosfolipazy C (PLC), powoduje powolne przesunięcia Ca2 + w oligodendrocytach (które wyrażają O4 i PLP) generowanych z multipotencjalnych nerwowych komórek macierzystych SVZ7.
Ogólnie, neurony wyrażają zależne od napięcia kanały wapniowe, jak również główne receptory neuroprzekaźników przepuszczalne dla Ca2+, takie jak receptory glutaminergiczne (AMPA, NMDA, kainian) oraz obwodowe i ośrodkowe receptory nikotynowe. Chlorek potasu jest zwykle stosowany jako środek depolaryzujący do aktywacji neuronów obwodowych, takich jak neurony zwoju korzenia grzbietowego8 lub neurony centralne, jak ze strefy podkomorowej9 lub retina10. Z drugiej strony, ATP jest uznawany za główny przekaźnik glejowy (oprócz D-seryny), który aktywuje selektywne przepuszczalne dla Ca2+ składniki P2X, takie jak P2X7 i P2X4. Oba receptory prezentują równoważne prądy Ca2+, podobne do tych wykazywanych przez receptory NMDA uznane za największe prądy Ca2+ aktywowane przez nadajniki11. Receptory P2X7 są silnie eksprymowane na mikrogleju, ale w mniejszej gęstości na astrocytach i oligodendrocytach, odgrywając rolę w uwalnianiu cytokin prozapalnych12. Receptory P2X7 ulegają również ekspresji na komórkach Schwanna13 i gleju Müllera w siatkówce14,15.
Siatkówka znana jest z tego, że pokazuje prawie wszystkie przekaźniki widoczne w mózgu. Na przykład oś pionowa (fotoreceptory, komórki dwubiegunowe i zwojowe siatkówki) jest głównie glutaminergiczne, z przepuszczalnymi dla wapnia receptorami AMPA lub kainianowymi ulegającymi ekspresji w komórkach OFF-bipolarnych i mgluR6 ulegającym ekspresji w komórkach ON-bipolarnych16. Co ciekawe, wszystkie trzy receptory znajdują się również w gleju Müllera, które są sprzężone ze szlakami trifosforanu wapnia i inozytolu17,18. Pozioma oś hamująca, wytwarzana przez komórki poziome i amakrynowe, wydziela nie tylko GABA, ale także dopaminę, acetylocholinę i inne klasyczne neuroprzekaźniki. Komórki amakrynowe są głównymi typami komórek występujących w hodowlach siatkówki ptaków, wykazującymi kilka typów kanałów obsługiwanych przez wapń, takich jak kanały glutaminergiczne, purynergiczne, nikotynowe i zależne od napięcia. Z tego powodu jest to doskonały model do oceny różnych właściwości przesunięć wapnia między neuronami i glejem.
Dlatego połączenie różnych receptorów i kanałów sumowanych do selektywnych markerów fenotypowych podczas rozwoju z wyraźnymi wzorcami odpowiedzi agonistycznych pozwala na unikalne sygnatury w pniu, prekursorze, neuronie, astrocytach, oligodendrocytach i mikrogleju, które działają poprzez selektywne urządzenia sygnalizacyjne.