星形胶质细胞是大脑中数量众多的一类非电兴奋性细胞群体，它们通过钙信号的形式在神经元和其它脑细胞间起到置关重要的桥梁作用，从而积极参与的脑功能。然而，目前研究星形胶质细胞所用到的刺激方法，包括机械刺激、电刺激、解笼锁和药物刺激等，不能满足对其基本功能的细致研究。由Britton Chance生物医学光子学研究中心曾绍群教授、周炜副教授领导的研究团队提出了利用飞秒激光脉冲刺激星形胶质细胞的新型方法，主要实验工作由赵媛、张媛等研究生承担完成。该成果于2009年1月21日在线发表在美国光学学会刊物Optics Express上。
研究人员将800 nm近红外飞秒脉冲激光聚焦于星形胶质细胞的细胞膜上，成功地诱导了以被刺激细胞为中心向外依次发生的胞内钙升高（如电影所示），即钙波。通过对光刺激处细胞膜结构的观察，PI染料的内流和无钙外液的实验证实，飞秒激光脉冲在极短的作用时间（几个毫秒）内，于细胞膜上形成了即时的小孔，并很快得到修复。这个光穿孔效应使得细胞外液的钙离子进入胞浆，引起星形胶质细胞的内钙升高，从而模拟了正常生理条件下，通过细胞膜上离子通道的外钙内流。利用激光控制的便利性，光刺激触发的星形胶质细胞内钙升高能够很好地得到重复。由于采用了峰值功率高而总能量低的近红外激光，光刺激对星形胶质细胞的损伤被大大降低，实验也证明了细胞的功能和活性。这些结果表明，飞秒激光脉冲刺激星形胶质细胞，是一种非接触、可重复、高时空精确的无损刺激，这种新型方法为传统技术无法解决的科学问题，特别是在体和活体动物实验，提供了有效而高效的工具。
该项工作得到国家自然科学基金和863项目的资助。
(责任编辑：姚远)
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