Nature Protocols神经突触前信号传导的新工具

激光显微手术分离和激活脑组织中的单个轴突，揭示轴突信号及其在突触神经传递中的作用。

　　

来自麦吉尔大学（McGill University）的研究人员在国际知名期刊《Nature Protocols》上发表了一篇题为“Laser microsurgery for presynaptic interrogation”的研究论文。该研究介绍了一种结合双光子激光显微外科手术与特定区域电生理激活和读出的方法，用于提高检测神经信号的特异性。这一创新方法为研究神经突触的生理学提供了新的工具，也为开发治疗神经病理的策略提供了可能，具有重要的科学和临床意义。

神经元之间的突触连接对于大脑的信息处理和记忆存储至关重要，也是神经病理学的热点。理解突触的生理学可能有助于开发治疗方法。然而，突触是微米级的功能结构，涉及许多神经元过程，挑战在于解析相对完整微回路中突触前和突触后区域的差异信号传导。研究人员开发了一种结合双光子激光显微外科手术与特定区域电生理激活和读出的方法，通过飞秒激光脉冲以微米精度切断突触前轴突与细胞体的连接。这种方法在深度至少100微米处有效。通过刺激孤立轴突的初始段并激活其释放神经递质，可以通过正在记录的受体全细胞神经元检测到。这一方法是轴突膜片钳记录的替代方案，后者持续时间短且操作困难。结合药理学和遗传操作，该方法允许在完整突触中询问区域特异性的信号传导。激光暴露的总时间为几秒，显微外科手术时间为5-10分钟，这使得在一次实验中可以询问多个突触。该协议提供了一种工具，用于在相对完整的脑组织中研究区域特异性的信号传导，从而更全面地理解神经元突触。

研究背景

突触是神经元之间信息传递的关键结构，对于大脑的信息处理和记忆存储至关重要。突触功能的异常与多种神经病理学相关，包括神经退行性疾病和精神疾病。因此，深入理解突触的生理学对于开发治疗神经病理的策略至关重要。然而，突触是微米级的功能结构，涉及许多神经元过程，解析突触前和突触后区域的差异信号传导是一个重大挑战。传统的轴突膜片钳记录方法虽然可以用于研究神经递质的释放，但其持续时间短且操作困难，限制了其应用。

研究人员开发了一种结合双光子激光显微外科手术与特定区域电生理激活和读出的方法。具体步骤如下：

• 激光显微外科手术：使用飞秒激光脉冲以微米精度切断突触前轴突与细胞体的连接。这种方法在深度至少100微米处有效，可以精确地切断轴突而不损伤周围组织。

• 电生理激活和读出：通过刺激孤立轴突的初始段并激活其释放神经递质，可以通过正在记录的受体全细胞神经元检测到。这种方法允许在相对完整的脑组织中研究神经递质的释放。

• 药理学和遗传操作：结合药理学和遗传操作，研究人员可以进一步探究区域特异性的信号传导机制。

本研究开发的结合双光子激光显微外科手术与特定区域电生理激活和读出的方法，为研究神经突触的生理学提供了新的工具。这种方法不仅精确且对周围组织的损伤极小，还允许在相对完整的脑组织中研究神经递质的释放。结合药理学和遗传操作，该方法为研究突触前和突触后区域的差异信号传导提供了新的可能性。这一创新方法为理解神经元突触的生理学提供了更全面的视角，也为开发治疗神经病理的策略提供了新的思路。