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光敏感通道(Channelrhodopsin-2)--神经回路功能和神经系统疾病研究的新工具 被引量:4
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作者 柳浦青 竺可青 《中国生物化学与分子生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期418-422,共5页
光敏感通道(channelrhodopsin-2,ChR2)是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的非选择性阳离子通道蛋白,自1991年从莱茵衣藻中发现后被许多实验室所关注.依据ChR2可以快速形成光电流,使细胞发生去极化反应的电生理特性,ChR2已被广泛应用... 光敏感通道(channelrhodopsin-2,ChR2)是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的非选择性阳离子通道蛋白,自1991年从莱茵衣藻中发现后被许多实验室所关注.依据ChR2可以快速形成光电流,使细胞发生去极化反应的电生理特性,ChR2已被广泛应用于神经系统的研究.与传统的神经系统研究方法如电生理技术、神经药理学方法相比,用光脉冲控制带有ChR2的神经元的活动,具有更高的空间选择性和特异性.ChR2作为光基因技术的核心组成部分,对神经科学是一个崭新的应用前景广泛的研究工具.近年来ChR2不仅应用于视觉、躯体感觉、听觉和嗅觉等多条感觉神经回路的形态和功能研究,还被应用于各种临床神经系统疾病的研究.本文总结了目前ChR2在神经系统中的研究进展,并对ChR2未来的应用前景作了进一步展望. 展开更多
关键词 光敏感通道 光基因技术 神经回路 神经系统疾病
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Optical control after transfection of channelrhodopsin-2 recombinant adenovirus in visual cortical cells
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作者 Junping Yao Wensheng Hou +3 位作者 Hao Wang Hui Liu Chuanhuang Weng Zhengqin Yin 《Neural Regeneration Research》 SCIE CAS CSCD 2012年第16期1228-1233,共6页
Channelrhodopsin-2 ectopically expressed in the retina can recover the response to blue light in genetically blind mice and rats, but is unable to restore visual function due to optic nerve or optic tract lesions. Lon... Channelrhodopsin-2 ectopically expressed in the retina can recover the response to blue light in genetically blind mice and rats, but is unable to restore visual function due to optic nerve or optic tract lesions. Long Evans rats at postnatal day 1 were used for primary culture of visual cortical cells and 24 hours later, cells were transfected with recombinant adenovirus carrying channelrhodopsin-2 and green fluorescent protein genes. After 2 4 days of transfection, green fluorescence was visible in the cultured cells. Cells were stimulated with blue light (470 nm), and light-induced action potentials were recorded in patch-clamp experiments. Our findings indicate that channelrhodopsin-2-recombinant adenovirus transfection of primary cultured visual cortical cells can control the production of action potentials via blue light stimulation. 展开更多
关键词 channelrhodopsin-2 recombinant adenovirus visual cortex blue light action potentials neuralregene ration
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Histological and Physiological Investigation of Channelrhodopsin-2 and Halorhodopsin in the Dorsal Cochlear Nucleus
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作者 T. Shimano B. Fyk-Kolodziej +5 位作者 M. Asako K. Tomoda S. Bledsoe Z.H. Pan S. Molitor A.G. Holt 《Journal of Otology》 2011年第1期10-19,共10页
We have delivered viral vectors containing either Chop2 fused with GFP, Channelrhodopsin-2 (ChR2), or Halorhodopsin (HaloR) fused with mCherry (to form light gated cation channels or chloride pumps, respectively... We have delivered viral vectors containing either Chop2 fused with GFP, Channelrhodopsin-2 (ChR2), or Halorhodopsin (HaloR) fused with mCherry (to form light gated cation channels or chloride pumps, respectively), into the dorsal cochlear nucleus (DCN). One to eighteen months later we examined the CN and inferior colliculus (IC) for evidence of virally transfected cells and processes. Production of ChR2 and HaloR was observed throughout the DCN. Rhodopsin localization within neurons was determined, with elongate, fusiform and giant cells identified based on morphology and location within the DCN. Production of ChR2 and HaloR was found at both the injection site as well as in regions projecting to and from the DCN. Light driven neuronal activity in the DCN was dependent upon the wavelength and intensity of the light, with only the appropriate wavelength resulting in activation and higher intensity light resulting in more neuronal activity. Transfecting cells via viral delivery of rhodopsins can be useful as a tract tracer and as a neuronal marker to delineate pathways. In the future rhodopsin delivery and activation may be developed as an alternative to electrical stimulation of neurons. 展开更多
关键词 cochlear nucleus channelrhodopsin-2 HALORHODOPSIN TRACER optical control
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光刺激体外培养的NG2细胞对海马神经元内Ca^(2+)活性和电活动的影响 被引量:1
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作者 郭大志 刘怿君 +2 位作者 潘树义 何成 段树民 《转化医学杂志》 2015年第4期208-212,共5页
目的观察选择性光刺激NG2细胞对海马神经元内Ca2+活性和电活动的影响,并初步探讨可能的作用机制。方法体外纯化培养新生SD大鼠NG2细胞,通过脂质体转染的方法,在NG2细胞中特异性表达光敏感通道(channelrhodopsin-2,ChR2)蛋白DNA,并与体... 目的观察选择性光刺激NG2细胞对海马神经元内Ca2+活性和电活动的影响,并初步探讨可能的作用机制。方法体外纯化培养新生SD大鼠NG2细胞,通过脂质体转染的方法,在NG2细胞中特异性表达光敏感通道(channelrhodopsin-2,ChR2)蛋白DNA,并与体外培养7 d的海马神经元共培养48 h,采用蓝光(470 nm、5 s、5 m W/cm2)选择性刺激表达ChR2蛋白的NG2细胞,利用Ca2+成像和电生理的方法记录NG2细胞周围海马神经元中的Ca2+浓度变化和电流改变情况,同时比较加入/未加入γ-氨基丁酸A型受体抑制剂情况下神经元的电流变化特点。结果当蓝光刺激表达ChR2蛋白的NG2细胞后,首先NG2细胞内的Ca2+信号增强,随后其周围海马神经元内的Ca2+升高约20%;Ca2+缓慢下降后再次出现一个Ca2+峰,幅度较第1次小;NG2细胞周围海马神经元的电流频率增加,振幅增大。而当预先在细胞外液中加入50μmol/Lγ-氨基丁酸A受体抑制剂后,海马神经元的电流频率和振幅较未加抑制剂组明显减小(P<0.05)。结论选择性光刺激表达ChR2蛋白的NG2细胞可使其兴奋,且可能通过释放γ-氨基丁酸来调节神经元活动。 展开更多
关键词 NG2细胞 光敏感通道 神经元 Γ-氨基丁酸
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负载紫红质通道蛋白2重组腺病毒的包装及功能鉴定
5
作者 姚军平 侯文生 +2 位作者 王浩 翁传煌 阴正勤 《中华实验眼科杂志》 CAS CSCD 北大核心 2012年第8期681-685,共5页
背景紫红质通道蛋白2(ChR2)是从单细胞绿藻莱茵衣藻上分离的一种光敏感通道蛋白,可作为光刺激神经细胞的手段,与电、磁和超声波相比,光在时间和空间上对神经细胞的刺激将更精确。目的构建负载ChR2基因的重组腺病毒,并鉴定其功能... 背景紫红质通道蛋白2(ChR2)是从单细胞绿藻莱茵衣藻上分离的一种光敏感通道蛋白,可作为光刺激神经细胞的手段,与电、磁和超声波相比,光在时间和空间上对神经细胞的刺激将更精确。目的构建负载ChR2基因的重组腺病毒,并鉴定其功能。方法将人胚肾293(HEK293)细胞在含质量分数10%胎牛血清的DFl2培养基中进行培养及传代。腺病毒穿梭质粒pSB291-hCHR2-GFP与腺病毒包装质粒pBHGloxAEI,3Cre共转染HEK293,包装得到少量负载ChR2基因的重组腺病毒(Ad—ChR2),经HEK293细胞扩增、CsCl梯度离心,Tris—HCl透析后得到纯化Ad—ChR2。获取4只出生1d的清洁级LongEvans大鼠视皮层组织,用组织块培养法利用无血清培养基原代培养视皮层细胞,用纯化的Ad—ChR2转染培养的视皮层细胞,当转染成功的视皮层细胞表达绿色荧光时给予460hill蓝光刺激,应用膜片钳技术记录视皮层细胞的动作电位。结果纯化浓缩后的Ad—ChR2滴度可达7.9×10^10PFU/ml,HEK293细胞转染Ad—ChR224h后倒置荧光显微镜下即可见细胞膜上有绿色荧光表达,转染13d可见细胞由扁平变为圆形。无血清培养的视皮层细胞转染纯化的Ad—ChR2后细胞膜上可见绿色荧光蛋白(GFP)的表达,460nm蓝光刺激后用膜片钳技术可记录到蓝光诱发的视皮质细胞的动作电位。结论本研究成功构建了负载ChR2基因的重组腺病毒表达载体,并证实ChR2能够感染有功能的视皮质细胞,这对视觉可塑性方面的研究非常重要。 展开更多
关键词 紫红质通道蛋白2 腺病毒 膜片钳
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腺相关病毒AAV2/8-CaMKIIα-ChR2-mCherry的组织学及通道功能鉴定 被引量:1
6
作者 刘树雷 孙琳 +2 位作者 吴广延 隋建峰 曹文富 《第三军医大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第13期1297-1301,共5页
目的对腺相关病毒AAV2/8-Ca MKIIα-ChR2-m Cherry在大鼠内侧前额叶谷氨酸能神经元中表达的组织学及通道功能予以鉴定。方法以立体定位注射技术将腺相关病毒AAV2/8-Ca MKIIα-ChR2-m Cherry注射到SD雄性大鼠内侧前额叶,当病毒注射3~4周... 目的对腺相关病毒AAV2/8-Ca MKIIα-ChR2-m Cherry在大鼠内侧前额叶谷氨酸能神经元中表达的组织学及通道功能予以鉴定。方法以立体定位注射技术将腺相关病毒AAV2/8-Ca MKIIα-ChR2-m Cherry注射到SD雄性大鼠内侧前额叶,当病毒注射3~4周后,采用免疫荧光组织化学技术检测标记蛋白(m Cherry)在谷氨酸能神经元(特异启动子Ca MKIIα)的表达情况;利用在体细胞外记录技术观测谷氨酸能神经元所表达的通道蛋白(ChR2)对不同光刺激频率的电生理反应特性。结果病毒成功注射到内侧前额叶并特异表达通道蛋白于谷氨酸能神经元的细胞膜上,表达成功率为(94.6±0.9)%;表达ChR2通道蛋白的谷氨酸能神经元对蓝光(470 nm,20 m W/mm2,5 ms波宽,5~80 Hz)产生稳定的光激活反应,并且对低频光刺激(5、10、20 Hz)的反应性优于高频光刺激(40 Hz和80 Hz;P〈0.001)。结论腺相关病毒AAV2/8-Ca MKIIα-ChR2-m Cherry能成功表达在谷氨酸能神经元的细胞膜上,对光刺激有频率选择性。 展开更多
关键词 光遗传学 腺相关病毒 ChR2
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星形胶质细胞的兴奋对神经元树突丝运动的调节机制 被引量:4
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作者 柳浦青 竺可青 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2011年第7期626-632,共7页
神经元树突上树突丝(filopodia)的形成及其运动,是神经元探索胞外环境、寻找突触前膜结构的一种方式.为研究星形胶质细胞的兴奋对神经元树突上树突丝运动的调节机制,在与神经元混合培养的星形胶质细胞中转染光敏感通道(channelrhodopsin... 神经元树突上树突丝(filopodia)的形成及其运动,是神经元探索胞外环境、寻找突触前膜结构的一种方式.为研究星形胶质细胞的兴奋对神经元树突上树突丝运动的调节机制,在与神经元混合培养的星形胶质细胞中转染光敏感通道(channelrhodopsin-2).Channelrhodopsin-2是一种可表达于细胞膜表面的非选择性阳离子通道,可被特定模式的蓝光激活,导致大量钙离子内流并进一步诱发星形胶质细胞产生钙波,从而实现了选择性激活星形胶质细胞的目的.研究结果显示,在混合培养的神经元与星形胶质细胞模型中,激活的星形胶质细胞可以抑制神经元filopodia的运动,与外源性ATP、谷氨酸的作用效果一致.这表明星形胶质细胞激活后可能通过释放ATP和谷氨酸等递质来抑制神经元filopodia的运动. 展开更多
关键词 光敏感通道 星形胶质细胞 钙波 神经元 树突丝 ATP 谷氨酸
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Optogenetics-induced activation of glutamate receptors improves memory function in mice with Alzheimer’s disease 被引量:6
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作者 Ke-Wei Wang Xiao-Lin Ye +2 位作者 Ting Huang Xi-Fei Yang Liang-Yu Zou 《Neural Regeneration Research》 SCIE CAS CSCD 2019年第12期2147-2155,共9页
Optogenetics is a combination of optics and genetics technology that can be used to activate or inhibit specific cells in tissues. It has been used to treat Parkinson’s disease, epilepsy and neurological diseases, bu... Optogenetics is a combination of optics and genetics technology that can be used to activate or inhibit specific cells in tissues. It has been used to treat Parkinson’s disease, epilepsy and neurological diseases, but rarely Alzheimer’s disease. Adeno-associated virus carrying the CaMK promoter driving the optogenetic channelrhodopsin-2 (CHR2) gene (or without the CHR2 gene, as control) was injected into the bilateral dentate gyri, followed by repeated intrahippocampal injections of soluble low-molecular-weight amyloid-β1–42 peptide (Aβ1–42). Subsequently, the region was stimulated with a 473 nm laser (1–3 ms, 10 Hz, 5 minutes). The novel object recognition test was conducted to test memory function in mice. Immunohistochemical staining was performed to analyze the numbers of NeuN and synapsin Ia/b-positive cells in the hippocampus. Western blot assay was carried out to analyze the expression levels of glial fibrillary acidic protein, NeuN, synapsin Ia/b, metabotropic glutamate receptor-1a (mGluR-1a), mGluR-5, N-methyl-D-aspartate receptor subunit NR1, glutamate receptor 2, interleukin-1β, interleukin-6 and interleukin-10. Optogenetic stimulation improved working and short-term memory in mice with Alzheimer’s disease. This neuroprotective effect was associated with increased expression of NR1, glutamate receptor 2 and mGluR-5 in the hippocampus, and decreased expression of glial fibrillary acidic protein and interleukin-6. Our results show that optogenetics can be used to regulate the neuronal-glial network to ameliorate memory functions in mice with Alzheimer’s disease. The study was approved by the Animal Resources Committee of Jinan University, China (approval No. LL-KT-2011134) on February 28, 2011. 展开更多
关键词 nerve REGENERATION Alzheimer's disease amyloid-β1-42 DENTATE GYRUS channelrhodopsin-2 GLUTAMATE receptors memory neuroinflammation novel object recognition immunohistochemistry western blot assay neural REGENERATION
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光遗传学技术在心律失常研究中的应用及进展
9
作者 阿依尼尕尔·马木提 周贤惠 《心血管病学进展》 CAS 2020年第7期687-690,共4页
光遗传学技术作为一种新型技术,将光学与遗传学相结合,运用光学方法对心脏系统进行干扰,为心脏电活动的精确反馈与控制提供了新的工具与方法。目前,光遗传学技术在心律失常领域的应用主要集中在通过控制不同类型的心肌细胞,从而实现心... 光遗传学技术作为一种新型技术,将光学与遗传学相结合,运用光学方法对心脏系统进行干扰,为心脏电活动的精确反馈与控制提供了新的工具与方法。目前,光遗传学技术在心律失常领域的应用主要集中在通过控制不同类型的心肌细胞,从而实现心脏起搏、除颤或复律、终止心律失常和细胞通讯等。它利用光门控心脏离子通道,以一种特定、可逆和无创伤的方式对心律失常进行电调制,从而干预心律失常的治疗。现对近年来光遗传学在心律失常治疗领域中的应用及进展做一系统阐述。 展开更多
关键词 光遗传学 心律失常 光门控 视紫红质通道蛋白2 治疗 折返
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利用光遗传学技术构建小鼠光控心脏起搏模型
10
作者 葛焰 王伟 +1 位作者 刘洁玉 曾博 《四川动物》 北大核心 2021年第1期39-45,共7页
电刺激是人工控制心脏搏动频率的标准技术,但在实验研究中,这种方法有较大的局限性,如局部电解效应、刺激频率和时长受限、只能对目标范围内的所有细胞进行刺激、不能选择性作用于心肌细胞等。基于光遗传学技术,本研究构建了心肌细胞特... 电刺激是人工控制心脏搏动频率的标准技术,但在实验研究中,这种方法有较大的局限性,如局部电解效应、刺激频率和时长受限、只能对目标范围内的所有细胞进行刺激、不能选择性作用于心肌细胞等。基于光遗传学技术,本研究构建了心肌细胞特异性表达光激活阳离子通道channelrhodopsin-2(ChR2)的转基因小鼠,采用特定频率的蓝光刺激使心肌细胞膜电位去极化,从而引发动作电位并控制心脏起搏。当蓝光刺激频率低于小鼠自发心脏搏动频率时,蓝光刺激造成暂时性的心律失常,去除蓝光照射后小鼠心跳恢复正常;当蓝光刺激频率高于小鼠自发心跳频率时,小鼠的心脏搏动完全由蓝光刺激支配,去除蓝光照射后恢复到自发搏动状态;失去自主搏动能力的小鼠心脏也可由蓝光刺激进行起搏;不表达ChR2的对照小鼠对蓝光刺激没有响应。本研究对基于光遗传学的光控心脏起搏技术进行了实验论证,在心肌电生理学特别是心律失常研究中有着非常重要的应用价值。 展开更多
关键词 光遗传学 光控心脏起搏 视紫红质通道蛋白2 心律失常
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光感基因技术对脊髓栓系神经源性膀胱组织及其受体P2X1、P2X3的调控
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作者 呼和 蒋飞 《热带医学杂志》 CAS 2019年第10期1213-1216,1224,1327,共6页
目的研究光感基因技术对脊髓栓系神经源性膀胱组织及其受体P2X1、P2X3的影响。方法将60只未成年SD雌性大鼠(尿流动力学检查无异常)随机分组,建立脊髓栓系神经源性膀胱动物模型,分为对照组(n=15)、脊髓栓系无光感基因组(n=21)、脊髓栓系... 目的研究光感基因技术对脊髓栓系神经源性膀胱组织及其受体P2X1、P2X3的影响。方法将60只未成年SD雌性大鼠(尿流动力学检查无异常)随机分组,建立脊髓栓系神经源性膀胱动物模型,分为对照组(n=15)、脊髓栓系无光感基因组(n=21)、脊髓栓系有光感基因组(n=21)。HE染色观察膀胱组织的病理学改变,Real time PCR和Western blotting检测膀胱逼尿肌受体P2X1、P2X3在分子和蛋白水平的表达情况。结果在建模过程中,诱发电位监测发现术中有3只动物脊髓受损,其余动物建模成功。与脊髓栓系无光感基因组比较,在HE染色结果中脊髓栓系有光感基因组逼尿肌细胞形态大小相对均一,肌纤维排列较有序,趋近于对照组。Real time PCR和Western blotting检测结果显示,与对照组比较,脊髓栓系无光感基因组P2X1、P2X3 mRNA和相对蛋白表达量均升高,差异有统计学意义(P<0.05);而经蓝光照射一定时间后,脊髓栓系有光感基因组中两种受体mRNA和相对蛋白表达量均降低,与脊髓栓系无光感基因组比较,差异有统计学意义(P<0.05);与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论光感基因技术对脊髓栓系神经源性膀胱组织及其受体P2X1、P2X3有一定的调控作用。 展开更多
关键词 光感基因 脊髓栓系神经源性膀胱 P2X1受体 P2X3受体
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视紫红质通道蛋白2在系统神经科学研究中的应用与展望 被引量:1
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作者 王晓敏 于爱萍 +3 位作者 王国宝 刘亚丰 蒋苏 徐文东 《生命科学》 CSCD 2017年第8期797-803,共7页
光遗传学技术因其低组织损伤性、高时空分辨率以及遗传特异性等优势,虽然历史并不长,但却在近几年来成为最热门的技术之一,并在神经科学研究中迅速被应用。视紫红质通道蛋白2(channelrhodopsin-2,Ch R2)作为光遗传学技术的代表性蛋白质... 光遗传学技术因其低组织损伤性、高时空分辨率以及遗传特异性等优势,虽然历史并不长,但却在近几年来成为最热门的技术之一,并在神经科学研究中迅速被应用。视紫红质通道蛋白2(channelrhodopsin-2,Ch R2)作为光遗传学技术的代表性蛋白质之一,在系统神经科学领域中已成为非常理想的工具并取得了一系列突破性的进展。现针对Ch R2的背景、分子结构以及生理学功能,及其在体脑功能区绘图和在体神经功能调控的研究进展,进行综述及展望。 展开更多
关键词 视紫红质通道蛋白2 神经科学 光遗传学 基于光的脑功能绘图
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光遗传技术终止大鼠心房颤动的在体研究 被引量:1
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作者 罗俊苗 徐建昌 +1 位作者 饶盼盼 王晞 《中国心脏起搏与心电生理杂志》 2022年第3期223-227,共5页
目的 验证光遗传技术能否实现大鼠在体心房颤动(简称房颤)终止。方法 选取12只SD大鼠经右颈静脉系统性注射50μl重组腺相关病毒[rAA V9-CAG-hChR2 (XXM)-eYFP]。7周后,大鼠随机分为房颤组和对照组,每组6只。房颤组大鼠经尾静脉注射Ach-C... 目的 验证光遗传技术能否实现大鼠在体心房颤动(简称房颤)终止。方法 选取12只SD大鼠经右颈静脉系统性注射50μl重组腺相关病毒[rAA V9-CAG-hChR2 (XXM)-eYFP]。7周后,大鼠随机分为房颤组和对照组,每组6只。房颤组大鼠经尾静脉注射Ach-CaCl_(2)混合物(Ach 66 ug/kg, CaCl_(2)10 mg/kg),连续给药7天。对照组使用等量PBS液代替Ach-CaCl;混合溶液。病毒注射8周后,大鼠经麻醉后开胸充分暴露右心房,使用S_(1)S_(1)刺激心房并记录单相动作电位(MAP)和体表心电图(ECG),分析并统计RR间期、P波幅度、心率及APD_(90)。然后用频率为8 Hz的473 nm蓝光脉冲照射右房,并同步记录光照输出信号和体表心电图,寻找能完全夺获心房节律的最小光功率密度。大鼠通过Burst刺激(6 V,波宽20 ms,持续2~4 s)诱发房颤后,对心房施加4个间隔1 s的光脉冲,观察光照能否有效终止房颤。实验结束后对心房组织进行HE染色、Masson三色染色和免疫荧光染色观察。结果 与对照组比较,房颤组RR间期延长,P波幅度、心率和APD;均减少(P均<0.05).完全夺获心率的最小光照功率密度为(0.057±0.016) MW/mm^(2)。光照后房颤终止率为(80.7%±5.8%)远高于未光照的(30%±8.6%);光照后房颤的持续时间为(10.9±1.1)s远低于未光照的(41.6±10.4)s。免疫荧光染色显示转染目标光敏感蛋白ChR2成功。结论 光遗传技术可以有效地终止房颤并减少持续时间。 展开更多
关键词 心血管病学 心房颤动 光遗传学 视紫红质通道蛋白-2 腺相关病毒
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