圖 1：多倫多大學所用多光子顯微鏡系統中包括可調諧 激光器 (Coherent Discovery) 和固定波長激光器 (Coherent Axon)，可節省寶貴的平臺空間，同時改善成像靈活性。 照片由多倫多大學的 Neil Merovitch 提供。

挑戰

多倫多大學兒童醫院的博士生 Neil Merovitch 是一位神經科學研究員，從事此工作的部分原因是他曾患有肌張力障礙，這是一種運動障礙。 他說：“我目前的研究重點是斑馬魚的社會行為。斑馬魚是一種研究神經科學的生物模型，因為它們的神經系統很簡單，并且遺傳特性與人類相似。 我正在與同事合作研究參與社會識別的特定大腦區域，以及在此過程中大腦中的聯系是如何加強或削弱的。” 他解釋說，其中一些研究使用了 Cofilin 這種過度表達蛋白質的轉基因斑馬魚，這種蛋白質已知在大腦連接的形成和修改中起重要作用。 這種蛋白質與綠色熒光蛋白 (GFP) 融合后，就能夠用熒光顯微鏡觀察到。 簡單來說，Neil 想使用 GFP 報告基因來描繪與社會記憶相關的連接的變化。 這些記憶是在社交互動過程中形成的，例如，區分新來的和熟悉的斑馬魚。 在相關實驗中，使用了比 GFP 波長更長的熒光報告基因。

解決方案

Neil 一直與研究技術人員 Georgiana Forguson 和 Daphne Tam 合作，并擁有非常合適的研究工具： 配備兩臺相干公司激光器的先進多光子顯微鏡。 其中一臺是920 nm固定波長的Axon激光器，可實現優異的 GFP 雙光子激發;另一個是波長可調諧的 Chameleon Discovery NX，同時具有額外的 1040 nm 固定輸出波長。這兩個激光器互相配合，即使紅色熒光報告分子在雙光子激發下所需的長波長下也能提供充足的功率。 兩臺激光器都包含集成的全功率控制 (TPC) 功能，可對激光功率進行快速控制，以簡化更深層次的成像以及在快速掃描期間實現消隱。

Neil 認為，除了光學性能(例如波長調諧和功率)之外，Axon 和 Discovery 的 TPC 功能是在此類實時成像中的主要優勢之一。 他還指出，與相干公司簽訂替換服務合同意義重大，“如果我們在使用任何一臺激光器時遇到任何問題，相干公司將立即向我們提供替換機，這樣基本上沒有停機時間，我們非常安心。”

圖 2：成年斑馬魚前腦的代表性圖像。 轉基因神經元過度表達蛋白 Cofilin(與 GFP 融合)，目前已知這種蛋白在高濃度下會形成桿狀結構。 GFP 在 940nm 波長下激發。 激發源： Chameleon Discovery TPC。 圖像是最大強度投影 z 堆棧(23 個切片，每個 2um)，按深度進行顏色編碼。 圖片由多倫多大學的 Neil Merovitch 提供。

結果

截至 2022 年，Neil 報告說他已經在收集和分析使用這種多功能顯微鏡獲得的新數據 — 請參見下圖中的示例。 他說：“這項工作有望幫助我們更全面地了解社會記憶缺陷的神經學基礎，一些患有神經發育和智力障礙的個體就存在這種問題。 我的目標是，這項工作有朝一日可以幫助其他人，就像對肌張力障礙的研究幫助了我一樣。”

審核編輯 黃宇