LUYOR-3480微孔板細(xì)胞輻照儀是用于體外光遺傳（In Vitro Optogenetics）研究的工具，是一款體外細(xì)胞培養(yǎng)光遺傳刺激系統(tǒng)。體內(nèi)光遺傳學(xué)已成為研究小鼠、大鼠和其他動(dòng)物神經(jīng)回路的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。但隨著光激活蛋白和其他光反應(yīng)工具數(shù)量的增加，該技術(shù)現(xiàn)在經(jīng)常用于多孔板和細(xì)胞培養(yǎng)皿中，用于組織培養(yǎng)、細(xì)菌、斑馬魚、幼蟲和其他研究模型的研究。LUYOR-3480微孔板細(xì)胞輻照儀可以提供理想的輻照波長(zhǎng)和光強(qiáng)度、輻照時(shí)間可以控制，輻照儀的光源能夠放置到細(xì)胞培養(yǎng)箱長(zhǎng)時(shí)間工作。
LUYOR-3480微孔板細(xì)胞輻照儀的特點(diǎn)：
1.輻照光源特別適用于96孔板，滿足 6、12、24、48 和 96 孔板。
2.光源部分和控制器連接線長(zhǎng)2米，輻照儀光源部分能夠放置在細(xì)胞培養(yǎng)箱里面長(zhǎng)時(shí)間工作。
3.光源部分能夠滿足培養(yǎng)箱的高濕度環(huán)境工作。
4.輻照光強(qiáng)度可調(diào)。
5.輻照時(shí)間可調(diào)。
6.可選波長(zhǎng)：365nm、405nm、420nm、450nm、470nm、525nm、590nm、630nm、660nm、740nm
LUYOR-3480微孔板細(xì)胞輻照儀用于：
1.干細(xì)胞 (iPSC) 分化Stem cell (iPSC) differentiation
2.發(fā)育生物學(xué) Developmental biology
3.分子生物學(xué)Molecular biology
–受體定向蛋白表達(dá)（通過 Cry2 激活）receptor directed protein expression (via Cry2 activation)
4.CRISPR/Cas9基因修飾CRISPR/Cas9 gene modification
5.腫瘤學(xué) Oncology
6.眼科和眼科藥物開發(fā)Ophthalmology & ophthalmologic drug development
7.光刺激和蛋白質(zhì)漂白Photostimulation and bleaching of proteins
8.通道病，例如癲癇和心律失常。Channelopathies such as epilepsy, and arrhythmias.
9.光藥理學(xué)Photopharmacology
10.光解籠Photo-uncaging
11.光開關(guān)激酶抑制劑的創(chuàng)建Photoswitching
12.光動(dòng)力療法的發(fā)展Development of Photodynamic therapies
13.光化學(xué)Photochemistry
光遺傳背景知識(shí)：
光遺傳學(xué)（optogenetics）原理
首先采用基因操作技術(shù)將光感基因（如ChR2，eBR，NaHR3.0，Arch或OptoXR等）轉(zhuǎn)入到神經(jīng)系統(tǒng)中特定類型的細(xì)胞中進(jìn)行特殊離子通道或GPCR的表達(dá)。光感離子通道在不同波長(zhǎng)的光照刺激下會(huì)分別對(duì)陽離子或者陰離子的通過產(chǎn)生選擇性，從而造成細(xì)胞膜兩邊的膜電位發(fā)生變化，達(dá)到對(duì)細(xì)胞選擇性地興奮或者抑制的目的。
光遺傳通常是指結(jié)合光學(xué)與遺傳學(xué)手段，控制特定神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)。該技術(shù)利用分子生物學(xué)、病毒生物學(xué)等手段，將外源光敏感蛋白基因?qū)牖罴?xì)胞中，在細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上表達(dá)了光敏感通道蛋白;然后通過特定波長(zhǎng)光的照射，控制細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)上的光敏感通道蛋白的激活與關(guān)閉;光敏感蛋白的激活和關(guān)閉可控制細(xì)胞膜上離子通道的打開與關(guān)閉，進(jìn)而改變細(xì)胞膜電壓的變化，如膜的去極化與超極化。當(dāng)膜電壓去極化超過一定閾值時(shí)就會(huì)誘發(fā)神經(jīng)元產(chǎn)生可傳導(dǎo)的電信號(hào)，即神經(jīng)元的激活;相反，當(dāng)膜電壓超極化到一定水平時(shí)，就會(huì)抑制神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏漠a(chǎn)生，即神經(jīng)元的抑制。神經(jīng)元生物學(xué)家經(jīng)常運(yùn)用這種技術(shù)，通過光學(xué)方法無損傷或低損傷地控制特異神經(jīng)元的活動(dòng)，來研究該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能，特別適用于在體、甚至清醒動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。
-同時(shí)，利用類似的光學(xué)與遺傳學(xué)手段，可控制腦細(xì)胞外其它細(xì)胞中的蛋白表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)光誘導(dǎo)蛋白質(zhì)表達(dá)，啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)過程，進(jìn)而控制生物行為。因此光遺傳技術(shù)在生命活動(dòng)與疾病研究中應(yīng)用廣泛。
光遺傳學(xué)技術(shù)調(diào)控細(xì)胞的活性取決于光敏感通道蛋白的種類，即興奮性光敏感通道和抑制性光敏感通道。如果轉(zhuǎn)入細(xì)胞的通道是ChR，在細(xì)胞受到藍(lán)光照射時(shí)，通道開發(fā)，陽離子大量?jī)?nèi)流，產(chǎn)生去極化誘發(fā)動(dòng)作電位，激活細(xì)胞；如果轉(zhuǎn)入細(xì)胞的通道是HR，細(xì)胞在受到黃光照射時(shí)，通道開放，陰離子大量?jī)?nèi)流，產(chǎn)生超極化導(dǎo)致動(dòng)作電位不易發(fā)出，抑制細(xì)胞活性；此外，還有一類光激活或抑制的通道optoXR，給予一定頻率的光激活后，改變的是細(xì)胞內(nèi)激酶系統(tǒng)，影響細(xì)胞活動(dòng)。
光動(dòng)力治療和光熱力治療：
光動(dòng)力治療和光熱力治療均是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中相對(duì)新穎的無創(chuàng)治療方法，利用靶向識(shí)別技術(shù)將光敏劑或光熱材料聚集于生物體內(nèi)病變位點(diǎn)，依靠光照激活相關(guān)材料的生物毒性，從而達(dá)到治療的目的。相對(duì)不同的是其作用機(jī)制，如光動(dòng)力治療是采用光敏劑在光照下產(chǎn)生具有生物毒性的單態(tài)氧等活性物質(zhì)，氧化損傷靶向病變位點(diǎn)癌細(xì)胞、病毒、細(xì)菌、真菌等；光熱治療是利用具有較高光熱轉(zhuǎn)換效率的材料在光照下轉(zhuǎn)換光能為熱能殺死病變位點(diǎn)細(xì)胞等。但是以上治療方法還沒有被廣泛運(yùn)用的原因是目前光敏劑和光熱材料還存在或多或少的缺點(diǎn)，比如生物相容性，生物降解性及代謝率等。為了開發(fā)新型光敏劑和光熱材料，科研工作者往往需要大量的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支撐和評(píng)價(jià)他們?cè)O(shè)計(jì)藥物的相關(guān)作用機(jī)制和作用效果。
各種不同蛋白所用波長(zhǎng)
| 顏色 | 波長(zhǎng) | Common Opsin | 描述 |
| 紫外線 | 365nm | OptoSTIM1 | 365 nm 的紫外線對(duì)組織的穿透力有限。它主要用于激發(fā)紫外線敏感的視蛋白，從而控制組織表層的細(xì)胞活動(dòng)。 |
| 紫色 | 405nm、420nm | OptoSTIM1 | 405 nm 和 420 nm 的紫光可適度穿透組織。它能夠控制表層和深層的細(xì)胞活動(dòng)。 |
| 藍(lán)色 | 450nm | Channelrhodopsin-2 (ChR2) | 450 nm 和 470 nm 的藍(lán)光表現(xiàn)出中等的組織穿透力。它通常用于激活視紫紅質(zhì)通道蛋白-2 (ChR2)，誘導(dǎo)去極化并增加淺表和深層區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)。 |
| 綠色 | 525nm | Green-Activated Protein (GAP) | 525 nm 的綠光可適度穿透組織。它提供了激活和抑制各種視蛋白的多功能選項(xiàng)，從而能夠控制淺層和深層組織層的神經(jīng)回路。 |
| 黃色 | 590nm | Halorhodopsin (eNpHR3.0) | 590 nm 的黃光表現(xiàn)出中等的組織穿透力。它通常用于使用鹽視紫紅質(zhì)等視蛋白來抑制神經(jīng)元活動(dòng)，從而促進(jìn)淺表和深層組織區(qū)域的神經(jīng)抑制。 |
| 紅色 | 630nm、660nm、740nm | ReaChR | 與較短波長(zhǎng)相比，630 nm、660 nm 和 740 nm 的紅光可提供更深的組織穿透力。由于其有效的組織滲透性，它能夠激活或抑制大腦深部區(qū)域的神經(jīng)元。 |
| 紅外線 | 940nm | Jaws | 940 nm 的紅外光在上述波長(zhǎng)中具有深的組織穿透力。它可用于刺激厚腦切片中的神經(jīng)元或到達(dá)更深的大腦區(qū)域。 |
體外光遺傳學(xué)的光毒性
光毒性是體外光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要問題，因?yàn)樗赡軐?duì)細(xì)胞造成潛在損害。藍(lán)光會(huì)降低神經(jīng)元細(xì)胞的整體活力，并可以改變神經(jīng)元的形態(tài)。在體外研究中提高細(xì)胞活力的一種方法是降低藍(lán)光熒光強(qiáng)度。觀察到增加藍(lán)光熒光強(qiáng)度不利于細(xì)胞活力。
不同的視蛋白對(duì)整個(gè)光譜的光表現(xiàn)出不同的敏感性。例如，視紫紅質(zhì)通道蛋白-2 (ChR2)（一種常用的藻類蛋白）可大程度地被藍(lán)光和紫光激活。同樣，對(duì)其他波長(zhǎng)（例如綠光、紅光甚至紫外光）敏感的視蛋白可用于體內(nèi)和體外光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，以選擇性地調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)并研究特定的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。
體外光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的視蛋白和相應(yīng)波長(zhǎng)的選擇取決于您的個(gè)人目標(biāo)和所研究的特定細(xì)胞反應(yīng)。了解視蛋白對(duì)光的敏感性是體外光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)成功和解開細(xì)胞活動(dòng)和信號(hào)傳導(dǎo)途徑的機(jī)制的關(guān)鍵。
藍(lán)光（470 nm）：在 Stierschneider 的出版物中，藍(lán)光被用作體外光遺傳學(xué)的工具，以激活人胰腺細(xì)胞中的 Toll 樣受體 4 (TLR4) 信號(hào)通路和 NF-κB-Gluc 報(bào)告系統(tǒng)。通過將細(xì)胞暴露在藍(lán)光下，研究人員能夠控制這些通路的激活，從而可以在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中詳細(xì)研究它們的動(dòng)力學(xué)和調(diào)節(jié)機(jī)制。
黃光（590 nm）：使用發(fā)射黃光的體外光遺傳學(xué)表明人類和小鼠 CD8+ T 細(xì)胞激活期間線粒體的整體功能有所增加。Amuza LED 陣列( 590 nm) 用于通過 ATP 測(cè)定照亮 HEK293T 細(xì)胞和 CD8+ T 細(xì)胞。
體內(nèi)研究過程中需要考慮的 3 個(gè)關(guān)鍵因素是視蛋白敏感性、組織滲透性和光毒性。通過選擇適當(dāng)?shù)囊暤鞍缀凸獠ㄩL(zhǎng)，研究人員能夠研究目標(biāo)組織中的細(xì)胞反應(yīng)和信號(hào)傳導(dǎo)途徑，同時(shí)將光毒性保持在低限度。
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