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Pingchuan Ma
Author with expertise in Optogenetics in Neuroscience and Biophysics Research
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Beyond conventional wisdom: unveiling quantitative insights in fluorescence lifetime imaging via realistic simulation of biological systems

Pingchuan Ma et al.Dec 21, 2023
Abstract Signaling dynamics are crucial in biological systems, and biosensor-based real-time imaging has revolutionized their analysis. Fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) excels over the widely used fluorescence intensity imaging by allowing the measurement of absolute signal levels, independent of sensor concentration. This capability enables the comparison of signaling dynamics across different animals, body regions, and timeframes. However, FLIM’s advantage can be compromised by factors like autofluorescence in biological experiments. To address this, we introduce FLiSimBA, a flexible computational framework for realistic F luorescence Li fetime Sim ulation for B iological A pplications. Through simulations, we analyze the signal-to-noise ratios of fluorescence lifetime data, determining measurement uncertainty and providing necessary error bars for lifetime measurements. Furthermore, we challenge the belief that fluorescence lifetime is unaffected by sensor expression and establish quantitative limits to this insensitivity in biological applications. Additionally, we propose innovations, notably multiplexed dynamic imaging that combines fluorescence intensity and lifetime measurements. This innovation can transform the number of signals that can be simultaneously monitored, thereby enabling a systems approach in studying signaling dynamics. Thus, by incorporating diverse factors into our simulation framework, we uncover surprises, identify limitations, and propose advancements for fluorescence lifetime imaging in biology. This quantitative framework supports rigorous experimental design, facilitates accurate data interpretation, and paves the way for technological advancements in fluorescence lifetime imaging.
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Gut-innervating nociceptor neurons protect against enteric infection by modulating the microbiota and Peyer's patch microfold cells

Nicole Lai et al.Mar 21, 2019
Gut-innervating nociceptor sensory neurons respond to noxious/tissue-damaging stimuli by initiating protective responses and releasing mediators that regulate tissue inflammation, gastrointestinal secretion, and motility. The role of nociceptors in host defense against enteric pathogens is unclear. Here, we found that gut-extrinsic nociceptor neurons are critical in protecting the host against Salmonella typhimurium (STm) infection. Nociceptors responded to STm by releasing the neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP). Targeted depletion of Nav1.8 and TRPV1 neurons from gut-extrinsic dorsal root ganglia and vagal ganglia increased STm colonization, invasion, and dissemination. Nociceptors regulated the gut microbiota at homeostasis, specifically segmented filamentous bacteria (SFB) levels in the ileum, which protected against STm by colonization resistance. Nociceptors also regulated the density of microfold epithelial cells in the Peyer's patch via CGRP to limit points of entry for STm invasion into host tissues. Understanding how host sensory neurons crosstalk with pathogenic bacteria may impact treatments for enteric infections.