钙离子成像技术（Calciumimaging）是利用钙离子指示剂检测组织内钙离子浓度的方法，主要用于神经系统研究，钙离子变化提示神经元活动。这项技术广泛应用于神经生物学，细胞生物学，生理学，发育生物学和药物学等领域中。
在此，小布为大家带来钙指示剂的相关介绍。
※ XCaMPs
为了破译大脑动态信息处理，目前的遗传编码的钙离子指示剂(GECIs)在单动作电位(AP)检测速度，光谱组合兼容性和双光子成像深度等方面受到了限制。为了解决这个问题，作者设计了新一代四色GECI系统—XCaMP。单个AP检测在刺突发作的3-10 ms内实现，实现体内小清蛋白(PV)阳性—中间神经元的快速脉冲峰值检测，并在自由移动小鼠运动前记录三个不同的(两个抑制性和一个兴奋性)神经元集合。在体内成对的突触前和突触后放电记录揭示了在体内第1层，生长抑素(SST)阳性中间神经元轴突和兴奋性锥体神经元顶端簇状树突之间存在树突抑制的时空约束。最后，使用红色XCaMP-R进行非侵入性皮层下成像，发现海马CA1神经元中躯体感觉诱发的持续活动。因此，XCaMPs在复杂神经元环路动力学研究中提供了一个关键的解决空间。
DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.007
※ Axon-targeted GCaMP
轴突的体内钙成像提供传入神经活动的信号，表征局部神经环路接收的信息。与体细胞和树突不同，神经活动的轴突记录(电学和光学)一直难以实现，因此无法全面了解神经元环路功能。在这里，作者开发了一种主动运输策略去富集GCaMP6，均匀分布于轴突，具有足够的亮度、信噪比和光稳定性，以允许对清醒小鼠突触前活动的结构特异性成像。轴突靶向GCaMP6可实现轴突运动校正的帧与帧之间的相关性，并允许对之前无法进入的深部脑区以亚细胞分辨率记录轴突活动。利用轴突靶向GCaMP6实现记录特异区域神经活动传入，而不会受到胞体和树突影响。由于特定脑区和跨脑区中基因定义的神经元群体的信号传递，我们期望以轴突为目标的GCaMP6将促进传入信号研究的新应用
DOI: 10.1038/s41593-018-0211-4
※ GCaMP-X系列
GCaMP是一种GECI，它与各种副反应密切相关。作者首先揭示了不同版本钙离子指标剂应用中存在的普遍问题，表明GCaMP的CaM(钙调蛋白)会同时干扰l型钙通道(CaV1)的门控和信号传导。GCaMP充当受损的apoCaM和Ca2+/CaM，均对CaV1至关重要，会破坏Ca2+动力学和基因表达。随后通过额外apoCaM结合基序来设计和实现GCaMP-X，有效地保护CaV1依赖性兴奋-转录耦合不受干扰。GCaMP-X解决了核积累、急性和慢性Ca2+失调，转录信号传导和细胞形态异常等问题，同时仍表现GCaMP优良Ca2+感应部分。总之，本文阐明了CaM/CaV1 GCaMP门控和信号传导的副作用机制，同时允许GCaMP-X适时地监测胞质，细胞膜或核内的Ca2+，这将对基于CaM检测工具的设计提供指导意义。
DOI:10.1038/s41467-018-03719-6
※ CaMPARI
体内活动神经元和环路的识别是理解行为神经基础的基本挑战。GECI能够定量监测行为期间的细胞活动。另外这些指标需在有限的视场内进行在线监测。即时早期基因(IEG)的染色表明整个大脑中的高活性细胞，但时间分辨率较差。作者设计了一种荧光探针CaMPARI，结合永久性和大规模标记的IEG，定量将GECI的遗传靶向性和与神经活动联系，允许对大面积组织进行时间精确的“活动成像”。只有胞内钙离子升高的同时给与细胞光照刺激，CaMPARI才会有效且不可逆发生绿向红转换。本文证明了CaMPARI在自由活动的斑马鱼、苍蝇和老鼠中的实用性。
DOI: 10.1126 / science.1260922
※ CaMPARI2
系统神经科学的一个关键挑战是以高时空分辨率标记不同功能神经元群体。作者最近引入的CaMPARI是一种工程荧光蛋白，在胞内钙离子升高的同时给予细胞光照刺激下实现绿到红的光转换，这使得单细胞和亚秒级的分辨率标记活跃的神经元群体成为可能。然而，CaMPARI(CaMPARI1)有几个缺点，包括低钙背景下发生光转换、动力学缓慢和化学固定后荧光亮度降低。本文作者开发了CaMPARI2，一种改进的钙离子指示剂具有更亮的绿色和红色荧光，更快的动力学和在低钙条件下光转换降低，证明了CaMPARI2在哺乳动物神经元和体内幼体斑马鱼和小鼠的视觉皮层中的性能改善。此外，作者开发了一种免疫组织化学检测方法，用于特异性标记绿光转换红色形式的CaMPARI。CaMPARI(红色)抗体提供了强有力的标签，可实现啮齿类动物脑组织激活神经元中发生光转换的CaMPARI的选择性标记。
DOI: 10.1038/s41467-018-06935-2
※ jRCaMP1a, jRCaMP1b, jRGECO1a
GECI允许在毫秒到几个月的时间内测量大量神经元群体和小的神经元房室的活动。虽然基于GFP的GECI被广泛用于体内神经生理学，但具有红移激发和发射光谱的GECI在体内成像仍具有较大优势，可减少组织中的散射和吸收、降低光毒性。然而，目前用于检测和量化神经活动的红色GECI，其性能不如基于GFP的GCaMP6指示剂。在这里，作者提出了基于mRuby(jRCaMP1a,b)和mApple(jRGECO1a)的改进的红色GECI，其灵敏度与GCaMP6相当。本文表征了新的红色GECI在培养的神经元和小鼠、果蝇、斑马鱼和秀丽隐杆线虫体内的表现。红色GECI有助于深部组织成像，与GFP等报告基因共表达实现双色成像，也可用与光遗传学与钙成像搭配组合。
DOI: 10.7554 / eLife.12727
※ GCaMP6系列
荧光钙指示剂广泛用于神经活动的成像。基于结构的诱变和神经元的筛选，作者开发了一系列超灵敏钙离子指示剂(GCaMP6)，在培养的神经元、斑马鱼、苍蝇和老鼠体内，这种指示剂的性能优于其他指示剂。在小鼠视觉皮层的第2/3层锥体神经元中，GCaMP6可靠地检测神经元胞体中的单一动作电位和单个树突棘中的定向调谐突触钙瞬变。在数周的时间内，结构棘突的取向调节基本稳定。虽然GABA能神经元的躯体几乎没有定向调谐，但它们的树突包括高度调谐的树突节(5-40μm长)。因此，GCaMP6指示剂为在多个空间和时间尺度上观察神经回路的结构和动力学提供了新的窗口。
DOI：10.1038/nature12354
※ jGCaMP7系列
利用GECI的钙离子成像，通常用于测量完整神经系统的神经活动。GECI通常以两种不同的模式使用：示踪大量神经元胞体的活动，或跟踪亚细胞房室，如轴突，树突和单个突触区的动力学。尽管取得了重大进展，钙成像仍然受到现有GECI的生物物理特性的限制，包括亲和力、信噪比、上升和衰减动力学以及动态范围。基于结构引导的诱变和神经元的筛选，作者针对不同模式的体内成像，对基于绿色荧光蛋白的GECI GCaMP6进行优化。由此产生的jGCaMP7指示剂提供了对单个尖峰的改进检测(jGCaMP7s,f)，神经突起和神经纤维网的成像(jGCaMP7b)，并且可能允许使用双光子(jGCaMP7s,f)或宽视场(jGCaMP7c)成像来跟踪更大的神经元群。
DOI: 10.1038/s41592-019-0435-6
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