Label-Free Assessment of Neuronal Activity Using Raman Micro-Spectroscopy

神经科学 运动前神经元活动 谷氨酸的 谷氨酸受体 药物发现 生物 钙显像 神经元 拉曼光谱 诱导多能干细胞 生物神经网络 人口 神经网络 化学 胚胎干细胞 受体 医学 生物化学 物理 光学 有机化学 环境卫生 基因
作者
Yuka Akagi,Aya Norimoto,Teruhisa Kawamura,Yasuyuki S. Kida
出处
期刊:Molecules [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:29 (13): 3174-3174
标识
DOI:10.3390/molecules29133174
摘要

Given the pivotal role of neuronal populations in various biological processes, assessing their collective output is crucial for understanding the nervous system’s complex functions. Building on our prior development of a spiral scanning mechanism for the rapid acquisition of Raman spectra from single cells and incorporating machine learning for label-free evaluation of cell states, we investigated whether the Paint Raman Express Spectroscopy System (PRESS) can assess neuronal activities. We tested this hypothesis by examining the chemical responses of glutamatergic neurons as individual neurons and autonomic neuron ganglia as neuronal populations derived from human-induced pluripotent stem cells. The PRESS successfully acquired Raman spectra from both individual neurons and ganglia within a few seconds, achieving a signal-to-noise ratio sufficient for detailed analysis. To evaluate the ligand responsiveness of the induced neurons and ganglia, the Raman spectra were subjected to principal component and partial least squares discriminant analyses. The PRESS detected neuronal activity in response to glutamate and nicotine, which were absent in the absence of calcium. Additionally, the PRESS induced dose-dependent neuronal activity changes. These findings underscore the capability of the PRESS to assess individual neuronal activity and elucidate neuronal population dynamics and pharmacological responses, heralding new opportunities for drug discovery and regenerative medicine advancement.

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