Kalsiyum görüntüleme, kalsiyum iyonlarının işlevsel nöronlardaki çeşitli rollerini araştırmak için son derece yararlı bir tekniktir. Kalsiyum iyonları, sinaptik veziküllerden nörotransmitter salınımı gibi temel işlevleri kontrol eden çok sayıda hücre içi sinyal üretir. Kalsiyum görüntüleme yöntemleri, nöronlar ve nöronal doku içindeki dinamik kalsiyum akışının doğrudan ölçülmesini sağlar. Bu video, kalsiyum indikatör boyalarının nasıl çalıştığına ve bir kalsiyum görüntüleme deneyinin nasıl gerçekleştirildiğine genel bir bakış sunmakta ve son olarak bu tekniğin bazı uygulamalarını tartışmaktadır.
Öncelikle kalsiyum indikatör boyalarının biyokimyasal prensiplerini gözden geçirelim.
Kalsiyum indikatör boyaları, Fura-2 gibi iki ana bileşenden oluşan modifiye şelatör moleküllerdir. Birincisi, kalsiyumu seçici bir şekilde bağlayan şelatör bölgesidir. İkincisi ise, ultraviyole ışığın bir eksitasyon dalga boyu ile aydınlatıldığında belirli bir dalga boyunda ışık yayan floresan bölgedir.
Kalsiyumun boyaya bağlanması, boyanın floresan özelliklerini değiştirir; bu durum, burada bu nöron tarafından iki farklı eksitasyon dalga boyunda yayılan floresan yoğunluğu arasındaki farkla temsil edilen kalsiyum konsantrasyonundaki değişiklikleri nicelleştirmenin bir yolunu sağlar.
Çoğu kalsiyum indikatör boyası, hücrele membranını kolayca geçebilmelerini sağlamak için daha fazla modifiye edilmiştir ve nöronlarla birlikte banyo solüsyonunda sunulur veya tüm hayvan çalışmalarında beyin dokusuna enjekte edilir.
Bazı boyalar, kalsiyumun bağlanıp bağlanmadığına bağlı olarak çift eksitasyon veya çift emisyon özelliklerine sahiptir. Örneğin, kalsiyum bağlıyken ve bağlı değilken farklı eksitasyon dalga boylarına sahip olan Fura-2 boyasını ele alalım. İki eksitasyon dalga boyundaki emisyon yoğunluğunun oranı alınarak, kalsiyum konsantrasyonu hakkında çok daha kesin bir tahmin yapılabilir.
Fura-2 gibi çift eksitasyon veya emisyon boyalarına rasyometrik kalsiyum indikatörleri denir. Tek eksitasyon ve emisyon dalga boylarına sahip rasyometrik olmayan boyalar da mevcuttur. Ancak bunlar, uzun süreli ışık maruziyeti ile floresansın zayıflaması veya kaybı olan fotobeyazmaya (photobleaching) daha duyarlıdırlar.
Bir deneyde boya kullanmadan önceki kritik bir adım, boyadan alınan floresan ölçümlerini bilinen kalsiyum konsantrasyonlu solüsyonlarla kalibre etmektir. Bu, bilim insanlarının deneyler sırasında ölçülen emisyon yoğunluklarına dayanarak hücre içi kalsiyum konsantrasyonlarını doğru bir şekilde tahmin etmelerini sağlayacaktır.
Kalsiyum indikatörlerinin nasıl çalıştığını öğrendiğimize göre, plakaya ekilmiş nöronlardaki kalsiyum akışının nasıl görüntüleneceğini inceleyelim.
Öncelikle, Fura-2 gibi seçilen kalsiyum indikatör boyasını hazırlayın ve ek fizyolojik çözeltilerle karıştırın. Uygun karışımı sağlamak için çözeltiyi vorteksleyin. Yeterince karıştırıldıktan sonra bir kaba aktarın. Şimdi, kültürlenmiş nöronların bulunduğu lamelini boya çözeltisinin olduğu kaba yerleştirin. Ardından, nöronları karanlıkta, uygun sıcaklıkta ve gerekli süre boyunca inkübe edin; bu durumda 37 ˚C'de 30 dakika boyunca. İnkübasyon süresinin ardından, lamelini boya içermeyen bir kaba aktarın.
Bir sonraki adım, lamelini mikroskobun görüntüleme haznesine yerleştirmektir. Yerleştirildikten sonra, perfüzyon sisteminin giriş hattını bağlayın ve hazneyi yavaşça doldurun. Hazneyi mikroskop tablasına sabitleyin ve perfüzyon sistemi boyunca sürekli akış sağladığınızdan emin olarak çıkış perfüzyon hatlarını kurun.
Mikroskop tablası hazır olduğunda, görünür ışık kullanarak nöronları odaklayın. Hücreleri 340 ve 380 nm dalga boylarında aydınlatarak boyayı test edin. Fura-2 ile, kalsiyum bağlanmadığı için aktive edilmemiş nöronların 380 nm ile uyarıldığında daha fazla ışık yayması gerektiğini hatırlayın.
Ardından, deneye başlamadan önce dinamik aralığı optimize etmek için kamera ayarlarını düzenleyin. Her dalga boyunda bir görüntü toplayın, ardından her dalga boyundaki arka plan yoğunluğunu ölçmek için ilgi alanı veya ROI aracını kullanın. Arka plan değerlerini, sonraki görüntülerden çıkarılabilmeleri için kontrol yazılımına girin.
İlk kurulum tamamlandığında, deney için görüntülenecek beş civarında görüş alanı seçin ve koordinatları kontrol yazılımına kaydedin. Deney sırasında otomatik tabla bir alana hareket eder, 340 ve 380 nm dalga boylarındaki alan yoğunluğunun oranını toplar ve tüm alanlar toplanana kadar bir sonraki alana geçer.
Bazı deneylerde, perfüzyon sıvısına hücre içi kalsiyum seviyelerinde değişikliklere neden olan farmakolojik bir ajan eklenir. Nöronları depolarize eden yüksek potasyum çözeltisi, bu zaman ayarlı görüntü serisinde gösterildiği gibi hücre içi kalsiyum konsantrasyonunun yükselmesine neden olabilir ve iyi bir pozitif kontrol görevi görür. Veri toplama işlemi tamamlandığında analize geçin.
Sonuçları analiz etmek için, yazılımı kullanarak nöronları veya nöron parçalarını içeren ilgi alanlarını seçin. Ardından, toplanan tüm görüntülerdeki her ROI'de her iki dalga boyundan gelen rasyometrik görüntü yoğunluğu bilgilerini ölçmek için yazılımı kullanın. Bu bilgilerle, hücre içi kalsiyum konsantrasyonlarındaki zaman içindeki değişimlerin kantitatif bir değerlendirmesi yapılabilir.
Nöronlarda kalsiyum görüntülemenin nasıl gerçekleştirildiğini anladığınıza göre, bu değerli yöntemin günümüz araştırmalarında uygulandığı bazı yollara göz atalım.
Öncelikle kalsiyum görüntüleme, hücre içi kalsiyum akışının nöral aktivite ile ilişkili olarak nasıl dalgalandığını incelemek için kullanılır.
Bu çalışmada, patch-clamp kaydı yapılırken tekil nöronlar bir kalsiyum indikatör boyası ile doldurulmuştur. Patch-clamp tekniğinin sağladığı membran potansiyelinin hassas kontrolü, kalsiyum akış dinamikleri hakkında bilgi sunar.
Kalsiyum görüntüleme, araştırmacıların nöronların yüksek derecede senkronize ağ aktivitesini incelemesine olanak tanır.
Burada sinirbilimciler, 40 nöronun floresan sinyalini değerlendirmek için kalsiyum görüntüleme kullanmışlardır. Bu bilgilerle, sinyal yayılımı ve nöral korelasyonlar gibi ağ özellikleri belirlenebilir.
Kalsiyum dinamikleri ayrıca nöronların kokular gibi dış dünyadan gelen sinyalleri nasıl işlediğini de ortaya çıkarabilir.
Bu deneyde, bir fare burnundan çıkarılan feromon algılayıcı organlar kültürde büyütülmüştür. Doku içindeki nöronlar Fura-2 ile inkübe edilmiş ve idrar veya saflaştırılmış feromonlar gibi odorantlar sunulurken görüntülenmiştir. Olfaktör nöronlardaki odorant reseptör proteinlerinin ekspresyonu manipüle edilerek, tek bir proteinin bir hücrenin benzersiz kokulara yanıt verme yeteneğini nasıl etkilediği doğrudan görselleştirilebilir.
JoVE'nin nöronlarda kalsiyum görüntüleme konusundaki giriş videosunu izlediniz. Bu videoda, tekniğin temelindeki özellikleri ele aldık ve tipik bir deneyi inceledik.
Kalsiyumun üstlendiği birçok önemli rol göz önüne alındığında, kalsiyum görüntüleme, nöronların anlaşılması ve birbirleriyle nasıl etkileşime girdiklerinin çözülmesi için hayati bir araç olmaya devam edecektir.
İzlediğiniz için teşekkürler!
Kalsiyum iyonları nöron fonksiyonunda tamamlayıcı bir rol oynar: Değişmiş gen ekspresyonu ve sinaptik veziküllerden nörotransmitter salınımı gibi yanı…
Bu videodaki bölümler
0:00
Overview
0:49
Biochemistry of Calcium Indicator Dyes
3:03
Procedure for Calcium Imaging in Neurons
6:33
Applications
8:11
Summary
Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.