Gabel实验室：简单系统中的神经光子学
简而言之，Gabel实验室利用光来澳门威尼斯人注册网站研究蠕虫的神经系统科学。秀丽隐杆线虫是一种显微镜下的线虫，或称蛔虫，它是完全透明的，它所表现出的特性使它成为神经系统光子审讯的理想选择。显微镜下的线虫拥有最简单的神经系统，遗传上易于处理，具有大量定义良好的突变体，允许在选择的神经元类型中表达遗传编码的荧光团。秀丽隐杆线虫的神经系统由302个定型神经元组成，它们的解剖结构和连通性已经完全确定。Gabel实验室将高分辨率激光消融和荧光显微镜方面的专业知识用于澳门威尼斯人注册网站研究神经元损伤、再生和功能。Gabel博士的实验室在神经光子学领域也非常活跃。每年，实验室都会主持我们最新的国家科学基金会澳门威尼斯人注册网站研究培训计划，了解大脑：神经光子学（NSF NRT UtB：神经光子学）。Gabel实验室在新兵训练营中开设了一个为期半天的密集讲习班，每年，他实验室的学员都会协助进行秀丽隐杆线虫的培训。
由于具有物理学和生物物理学的背景，Gabel博士被秀丽隐杆线虫和类似模型系统的强大简单性所吸引。作为哈佛大学物理学专业的澳门威尼斯人注册网站研究生，他与Howard Berg博士合作，使用生物物理技术澳门威尼斯人注册网站研究细菌鞭毛运动的功能生理学。作为博士后，Gabel博士与哈佛大学物理系和脑科学中心的Aravinthan D.T. Samuel教授一起工作。在这里，他第一次被介绍到秀丽隐杆线虫，作为神经科学中最简单最易处理的模式生物。在他的博士后工作期间，他帮助开发了高分辨率激光消融技术，目前在他的实验室中使用，以及在神经元成像和定量行为分析方面的专业知识。
激光手术与单个神经元再生
利用脉冲红外激光，Gabel实验室在大块生物组织内进行亚细胞消融。高度聚焦飞秒脉冲激光束的超高强度导致了多光子的吸收和焦体积内组织的汽化。同时，每个光脉冲的低总能量使对周围组织的附带损伤最小化。红外光的最小线性吸收使光束能够穿透深。应用于秀丽隐杆线虫，这种技术可以选择性地切断完整成年动物体内的单个神经纤维。
神经损伤是一个重大的医学挑战，因为哺乳动物中枢神经系统中被切断的神经元通常不能再生，导致永久性和衰弱性瘫痪。对于秀丽隐杆线虫，可以在一个简单的、高度可处理和可复制的系统中澳门威尼斯人注册网站研究激光手术诱导的神经元损伤的神经再生。这种动物的简单、完整的神经系统允许识别、瞄准和切断特定位置的特定神经元。随后的延时成像量化再生程度，可以在遗传背景、药物治疗和实验条件下进行比较。有了这些工具，Gabel实验室进行了一系列澳门威尼斯人注册网站研究，解码了神经元损伤、恢复和再生的细胞内在机制。他们的澳门威尼斯人注册网站研究已经确定了凋亡半胱天酶（名义上以介导发育过程中的程序性细胞死亡而闻名）在再生中的作用。作为Gabel实验室的博士后，Samuel Chung博士，目前是东北大学生物工程助理教授，领导了一项澳门威尼斯人注册网站研究，定义了神经元活动对再生的影响。最近，在该实验室的前澳门威尼斯人注册网站研究生丹·陶布（Dan Taub）博士发起的一个项目中，该小组将重点放在细胞代谢在决定神经元再生能力方面的根本重要性上。值得注意的是，他们发现翻译后蛋白修饰可以改变细胞代谢，从而大大增强神经元再生。
从单细胞生理学到全脑功能的神经元成像
加贝尔实验室采用了基因编码的荧光团和在钙动力学的体内成像测量亚细胞钙动力学在受损和再生神经元秀丽隐杆线虫。通过激光切割和成像表达钙敏感G-CaMP的神经元，他们已经确定了持续的亚细胞钙信号和调节细胞成分。这些细胞成分对有效再生至关重要。此外，通过采用光遗传光激活通道，Gabel实验室能够操纵这些信号，增强神经元的再生能力。利用现代神经光子技术，Gabel实验室可以识别和分离单个神经元的损伤，测量其生理反应，并调节该反应以改善神经元的恢复。
Gabel实验室最近开发了一种技术来测量秀丽隐杆线虫在医学相关背景下的神经元活动，如物理损伤、与年龄相关的衰退和接触麻醉剂。神经元的活动是用光学测量钙指标报告细胞钙的升高导致神经元去极化。该实验室最近与布莱根妇女医院和哈佛大学麻醉科的克里斯托弗·康纳教授合作，获得了一台能够对秀丽隐杆线虫整个头部进行快速体积成像的diSPIM薄片显微镜。其神经系统的小尺寸和钙指标的细胞特异性表达允许单个神经元的成像，特定的定义良好的电路控制行为或大多数神经系统的活动与单细胞分辨率。
Gregory Wirak是神经科学澳门威尼斯人注册网站研究生课程的四年级博士候选人，也是美国国家科学基金会NRT UtB：神经光子学实习生，他在Gabel实验室领导澳门威尼斯人注册网站研究挥发性麻醉剂对神经发育的慢性影响以及衰老如何影响神经回路。Gregory于2013年毕业于康涅狄格大学，获得生理学与神经生物学和分子与细胞生物学学士学位。随后，他在耶鲁大学Sreeganga Chandra博士的实验室进行了三年的澳门威尼斯人注册网站研究生澳门威尼斯人注册网站研究。在那里，他使用生化技术和人类干细胞衍生和小鼠原代神经元培养来澳门威尼斯人注册网站研究神经元类脂褐变，这是一组遗传性神经退行性疾病。在作为澳门威尼斯人注册网站研究生加入Gabel博士的实验室后，他发现了秀丽隐杆线虫神经系统的许多优势，以及它在体内功能澳门威尼斯人注册网站研究中的可追踪性。格雷格最近发现，在发育过程中暴露于挥发性麻醉剂会改变成年动物关键中间神经元的神经元动力学。这些发现打开了一扇新的窗口，澳门威尼斯人注册网站研究麻醉药对非常年轻的人的潜在健康风险。除了作为实习生参与NSF NRT神经光子学社区之外，Greg还参与了NIGMS生物分子药理学培训计划。
Mehraj Awal， Gabel博士的澳门威尼斯人注册网站研究生之一，也是NSF NRT UtB：神经光子学实习生，于2014年获得Brandeis University的生物学和生物化学学士学位。此后不久，他进入了波士顿大学生物医学科学项目（PiBMS）。在加入Gabel实验室后，Mehraj在启动澳门威尼斯人注册网站研究挥发性麻醉剂对秀丽隐杆线虫神经回路的急性影响方面发挥了关键作用。该小组在这个项目上的初步发表表明，秀丽隐杆线虫控制行为的高度有序亚回路中的神经元随着麻醉的开始变得混乱和过度活跃。展望未来，Mehraj希望进一步推进这项工作，并使用薄层显微镜将其应用于更多的神经元，希望弥合全球大脑动力学和小神经元网络之间的差距。这将在系统层面上产生对挥发性麻醉药的新理解，以及这与人类患者的测量结果之间的关系。最终，秀丽隐杆线虫的功能神经元成像提供了一个机会，以了解挥发性麻醉剂如何以受控和可逆的方式破坏神经元功能。
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