光遗传系统

光遗传技术介绍：

    光遗传学（Optogenetics），也称光刺激基因工程（optical stimulation plus genetic engineering）。光遗传系统是一种通过使用光学技术和遗传技术来实现控制细胞行为的方法。光遗传学技术克服了传统的只用光学手段控制细胞或有机体活动的许多缺点，为神经科学提供了一种变革性的研究手段。

    该技术方法源于2010年Nature Methods杂志上的一篇文章。即通过特定波长的光刺激来控制表达了光敏感蛋白细胞的发放或抑制。目前，光遗传学最流行的研究方法是由激光器或LED光源发出一定波长的光，通过光纤传输到实验动物的大脑，通常为小鼠或大鼠。该技术作为一个工具使动物神经元产生神经兴奋，观察和采集动物神经元放电、行为变化和生理变化等。而且据报道该光敏感蛋白的基因的表达不仅限于神经元，还可以在动物的其它类型的细胞中表达，如心肌细胞及其它可以产生跨膜电位的细胞。

光遗传实验流程：

（1）将光敏感蛋白基因在目标细胞内表达：目前已经有公司销售带有光敏感蛋白基因的载体病毒。通过直接注射等方式将病毒转染进入细胞内。病毒携带的启动子等工具基因会将光敏感蛋白表达在细胞膜上。

（2）植入光纤导管或光遗传电极：向注射病毒的位置植入光纤导管、光遗传电极、带有给药管的光纤导管等。通过光纤导管输入特定光刺激，以启动或抑制光敏感细胞。

（3）收集光刺激的结果：光刺激之后的细胞、组织或生物体会出现相应的变化。例如最直观的结果就是通过光遗传电极记录神经元的Spike放电和LFP局部场电位，还有动物体的行为变化、生理变化等。

光遗传系统（光刺激）基本构成：

（1）各种波长的光源（近紫外385nm、近紫外405nm、蓝色455nm、蓝色465nm、青色505nm、绿色515nm、琥珀色595nm、橙色625nm、红色635nm、红外850nm、红外940nm、白色5500K等波长；激光光源或LED光源，输出稳定、精确控制光波长）

（2）单光或多光光源驱动控制器（调节发光强度和时间）

（3）旋转接头（光电换向器／给药换向器／单光换向器／多光换向器）

（4）各种光纤跳线、光纤套管和光纤头

（5）光能量测量器

（6）多通道神经信号记录系统

（7）多通道光刺激电极

光遗传技术应用领域：

• 神经网络研究
• 生理病理学
• 神经药理
• 生物医学工程
• 认知神经科学