Femtosecond laser stimulation on a neuron can generate localized reactive oxygen species (ROS) which can induce neuronal activation. However, the detailed mechanism of such neuronal activation method has not been elucidated, so the generation and propagation of calcium signal at the targeted neuron were investigated in this research. I found that superoxide is the main source of calcium elevation at the single cell level, while calcium propagation at the network level was blocked by extracellular calcium depletion. Such calcium elevation,propagation and cell death pattern due to laser stimulation were different when the neurons were treated with $A\beta$ , a protein accumulated in brains with Alzheimer’s disease. The results collectively indicate that femtosecond laser stimulation may distinguish abnormal neurons treated with toxic drugs and healthy neuron through investigation on laser-induced responses, which may be further applied for drug screening at clinical study.
세포에서의 펨토초 자극은 국소 면적에 걸쳐 활성산소를 생산하며 이를 이용하여 신경세포를 활성화시키는 것이 가능하다. 그러나 펨토초 레이저를 이용한 신경세포 활성기술의 자세한 메커니즘은 아직까지 밝혀지지 않았다. 이에 본 연구에서는 펨토초 레이저가 신경세포를 자극했을 때 단일세포 단위에서 칼슘 생성에는 활성 산소 중 과산화물이 관여하며, 네트워크 단위에서 칼슘 전파는 외부 칼슘이 고갈된 상태일 때 막히는 것을 발견하였다. 신경세포에 알츠하이머 병이 있는 뇌에서 많이 발견되는 $A \beta$ 단백질을 처리하였을 때는 기존 정상상태의 신경세포와 펨토초 레이저 조사에 의한 칼슘 생성과 전파, 그리고 세포사의 패턴이 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 펨토초 레이저를 이용한 신경세포 활성기술이 독성물질이 투여된 신경세포와 정상 신경세포의 차이를 능동적으로 인지하는 데 사용될 수 있음을 본 연구에서 보여주었으며 이는 임상연구에서 약물스크리닝에 응용될 수 있을 것이다.
