Abstract Nicotine is a highly addictive compound present in tobacco, which causes the release of dopamine in different regions of the brain. Recent studies have shown that astrocytes express nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) and mediate calcium signaling. In this study, we examine the morphological and functional adaptations of astrocytes due to nicotine exposure. Utilizing a combination of fluorescence and atomic force microscopy, we show that nicotine‐treated astrocytes exhibit time‐dependent remodeling in the number and length of both proximal and fine processes. Blocking nAChR activity with an antagonist completely abolishes nicotine's influence on astrocyte morphology indicating that nicotine's action is mediated by these receptors. Functional studies show that 24‐hr nicotine treatment induces higher levels of calcium activity in both the cell soma and the processes with a more substantial change observed in the processes. Nicotine does not induce reactive astrocytosis even at high concentrations (10 μM) as determined by cytokine release and glial fibrillary acidic protein expression. We designed tissue clearing experiments to test whether morphological changes occur in vivo using astrocyte specific Aldh1l1‐tdTomato knock in mice. We find that nicotine induces a change in the volume of astrocytes in the prefrontal cortex, CA1 of the hippocampus, and the substantia nigra. These results indicate that nicotine directly alters the functional and morphological properties of astrocytes potentially contributing to the underlying mechanism of nicotine abuse.

Macrophages, one of the most important phagocytic cells of the immune system, are highly plastic and are known to exhibit diverse roles under different pathological conditions. The ability to repolarize macrophages from pro-inflammatory (M1) to anti-inflammatory (M2) or vice versa offers a promising therapeutic approach for treating various diseases such as traumatic injury and cancer. Herein, it is demonstrated that macrophage-engineered vesicles (MEVs) generated by disruption of macrophage cellular membranes can be used as nanocarriers capable of reprogramming macrophages and microglia toward either pro- or anti-inflammatory phenotypes. MEVs can be produced at high yields and easily loaded with diagnostic molecules or chemotherapeutics and delivered to both macrophages and cancer cells in vitro and in vivo. Overall, MEVs show promise as potential delivery vehicles for both therapeutics and their ability to controllably modulate macrophage/microglia inflammatory phenotypes.

Tomato (Lycopersicum esculentum) is suitable for the manufacture of drugs, especially for oral delivery; it is a popular vegetable. Lycopene is one of the most strong, naturally and abundantly occurring antioxidants in tomato. It has unique structural and chemical characteristics that contribute to the biological characteristics and pharmacologic actions for lower risk of different chronic diseases, such as cancer and different cardiovascular diseases. Tomato fruit consumption can be associated with various beneficial effects on health. Tomato is an important source of biopsy compounds, having vitamin antioxidants and anticancer substances. A group of vitamins, carotenoids, phenolic acid, and phenolic compounds, are antioxidant metabolites found in tomato that can provide effective protection by neutralizing free radicals and these unstable molecules associated with the growth of a range of degenerative diseases and conditions. This review paper summarizes the pharmacological actions of bioactive compounds (carotenoids, lycopene, β –carotene, lutein, and vitamins) and their chemistry. This reviewed information may be valuable source for nutritionist, health workers and tomato growers.

This review aims to highlight the morphology, taxonomy, and biological activities of Tinospora cordifolia along with its ethnobotanical uses and its micropropagation techniques. Relating to the global pandemic, this review introduces a comprehensive update of COVID-19 scientific reports on T. cordifolia as an indispensable herb. This study also explores the nutritional values and elemental composition from proximate analysis along with its phytochemical and medicinal properties. T. cordifolia is a medicinal plant widely used for the treatment of various diseases such as diabetes and jaundice. This plant is mainly found in the southern part of Asia and is locally known as Gurjo or Guduchi. T. cordifolia exists in the form of a glabrous, ascending shrub belonging to the Menispermaceae family. Owing to its commercial importance, it has been of considerable interest in research in recent decades, incorporating a wide range of pharmacological properties, such as antidiabetic, immunomodulation, antioxidant, anticancer, hepatoprotective, and hypoglycemic values. These properties are enhanced by the presence of diverse compounds such as alkaloids, sesquiterpenoids, diterpenoids, phenolics, glycosides, steroids, and polysaccharides, aliphatic, and other miscellaneous compounds. This review provides new details that can facilitate the careful assessment of the plant as a therapeutic agent against emerging diseases. It also offers insights to the researchers involved in validating traditional claims to develop safe and efficient herbal medicines to several diseases including COVID-19

The present research work has been performed to evaluate the phenolic content, flavonoids content, and cytotoxicity of a multidimensional medicinal plant; Tinospora cordifolia and as well as to determine nutritive value by proximate analysis. The total phenolic and flavonoids contents of Tinospora cordifolia were found to be significantly greater in methanol extract as compared to corresponding hexane extract. Brine shrimp bioassay indicated Tinospora cordifolia is pharmacologically active. The percentage composition of different nutrition parameters namely moisture, total ash, crude fat, protein, fibre, carbohydrate, and vitamin C were assessed. The nutritive values of fresh and dried stem samples were evaluated as 156.44 Kcal/100g and 232.61 Kcal/100g respectively. From Gas column mass spectrometry analysis, it can be reported that inositol, 1-deoxy-, trans-sinapyl alcohol, n-hexadecanoic acid were present in the major amount in methanol stem extract. The findings from this study reveal Tinospora cordifolia contains an adequate amount of phenolic and flavonoids content, vital bioactive antioxidant compounds, and a good source of carbohydrates and fibers which potentially adds to the overall value of the plant.

Ca2+ is a major second messenger involved in cellular and subcellular signaling in a wide range of cells, including astrocytes, which use calcium ions to communicate with other cells in the brain. Even though a variety of genetically encoded Ca2+ indicators have been developed to study astrocyte calcium signaling, understanding the dynamics of endoplasmic reticulum calcium signaling is greatly limited by the currently available tools. To address this, we developed an endoplasmic reticulum-targeted calcium indicator, ER-GCaMP6f, which is anchored to the cytosolic side of the organelle and measures signaling that occurs in close proximity to the endoplasmic reticulum of astrocytes. Using a combination of confocal and super-resolution microscopy techniques, we demonstrate the localization of the indicator in the endoplasmic reticulum in both cell soma and processes of astrocytes. Combining ER-GCaMP6f with total internal reflection fluorescence microscopy, we show that Ca2+ fluctuations in small astrocytic processes can be detected, which are otherwise not observable with existing indicators and standard wide-field and confocal techniques. We also compared the ER-GCaMP6f indicator against currently used plasma membrane-tethered and cytosolic GCaMP6f indicators. ER-GCaMP6f identifies dynamics in calcium signaling of endoplasmic reticulum resident receptors that are missed by plasma membrane-anchored indicators. We also generated an adeno-associated virus (AAV5) and demonstrate that ER-GCaMP6f can be expressed in vivo and by measured calcium activity in brain slices. ER-GCaMP6f provides a powerful tool to study calcium signaling in close proximity to the endoplasmic reticulum in astrocyte cell soma and processes both in culture and in brain slices.

The capability of quantum dots to generate both single and multiexcitons can be harnessed for a wide variety of applications, including those that require high optical gain. Here, we use time-correlated photoluminescence (PL) spectroscopy to demonstrate that the isolation of single CdSeTe/ZnS core-shell, nanocrystal quantum dots (QDs) in Zero Mode Waveguides (ZMWs) leads to a significant modification in PL intensity, blinking dynamics, and biexciton behavior. QDs in aluminum ZMWs (AlZMWs) exhibited a 15-fold increase in biexciton emission, indicating a preferential enhancement of the biexciton radiative decay rate as compared to the single exciton rate. The increase in biexciton behavior was accompanied by a decrease in blinking events due to a shortening in the dark state residence time. These results indicate that plasmon mediated enhanced decay rates of QDs in AlZMWs lead to substantial changes in the photophysical properties of single quantum dots, including an increase in biexciton behavior.

Techniques available for micro- and nano-scale mechanical characterization have exploded in the last few decades. From further development of the scanning and transmission electron microscope, to the invention of atomic force microscopy, and advances in fluorescent imaging, there have been substantial gains in technologies that enable the study of small materials. Conpokal is a portmanteau that combines confocal microscopy with atomic force microscopy (AFM), where a probe "pokes" the surface. Although each technique is extremely effective for the qualitative and/or quantitative image collection on their own, Conpokal provides the capability to test with blended fluorescence imaging and mechanical characterization. Designed for near simultaneous confocal imaging and atomic force probing, Conpokal facilitates experimentation on live microbiological samples. The added insight from paired instrumentation provides co-localization of measured mechanical properties (e.g., elastic modulus, adhesion, surface roughness) by AFM with subcellular components or activity observable through confocal microscopy. This work provides a step by step protocol for the operation of laser scanning confocal and atomic force microscopy, simultaneously, to achieve same cell, same region, confocal imaging, and mechanical characterization.

Smoking is the largest preventable cause of death and disease in the United States, with <5% of quit attempts being successful. Microglia activation and proinflammatory neuroimmune signaling in reward neurocircuitry are implicated in nicotine withdrawal symptomology. Microglia are integral regulators of blood-brain barrier (BBB) functionality as well; however, whether the effects of nicotine withdrawal on microglia function impact BBB integrity is unknown.

Single molecule imaging and spectroscopy are powerful techniques for the study of a wide range of biological processes including protein assembly and trafficking. However, in vivo single molecule imaging of biomolecules has been challenging because of difficulties associated with sample preparation and technical challenges associated with isolating single proteins within a biological system. Here we provide a detailed protocol to conduct ex vivo single molecule imaging where single transmembrane proteins are isolated by rapidly extracting nanovesicles containing receptors of interest from different regions of the brain and subjecting them to single molecule study by using total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. This protocol discusses the isolation and separation of brain region specific nanovesicles as well as a detailed method to perform TIRF microscopy with those nanovesicles at the single molecule level. This technique can be applied to study trafficking and stoichiometry of various transmembrane proteins from the central nervous system. This approach can be applied to a wide range of animals that are genetically modified to express a membrane protein-fluorescent protein fusion with a wide range of potential applications in many aspects of neurobiology.Graphic abstract:EX vivo single molecue imaging of membrane receptors, [摘要]单分子成像和光谱学是研究包括蛋白质组装和运输在内的广泛生物学过程的强大技术。然而，由于与样品制备相关的困难以及与在生物系统内分离单个蛋白质相关的技术挑战，生物分子的体内单分子成像一直具有挑战性。在这里，我们提供了进行体外实验的详细方案单分子成像，其中通过从大脑不同区域快速提取含有目标受体的纳米囊泡来分离单个跨膜蛋白，并使用全内反射荧光（TIRF）显微镜对它们进行单分子研究。该协议讨论了脑区域特异性纳米囊泡的分离和分离，以及在单个分子水平上用这些纳米囊泡进行TIRF显微镜检查的详细方法。该技术可用于研究来自中枢神经系统的各种跨膜蛋白的运输和化学计量。该方法可以应用于经过遗传修饰以表达膜蛋白-荧光蛋白融合物的多种动物，在神经生物学的许多方面具有广泛的潜在应用。图形摘要：膜受体的离体单分子成像[背景]单分子成像技术已经成为有力的方法来研究的结构，功能，和生物分子的相互作用（珠等人，2008;彩。等人，2019） 。虽然总体测量提供了有关平均种群的重要信息，但单分子方法可用于评估该种群内的异质性，从而揭示结构和功能状态的差异（Lee等人，2020年）。单分子方法已经在多种应用中使用，包括蛋白质和配体相互作用的测量，蛋白质的构象变化以及离子通道功能（Xia等人，2013； Martinac，2017；Fu等人，2019）。这些方法提供了强大的方法来表征体外单个细胞成分和单分子。尽管它们在体外已成功实施，但用于体内研究的单分子方法仍然具有很大的挑战性。体内研究的主要挑战包括细胞成分的异质性，与厚组织中的光穿透相关的困难以及需要将单一物种与生物系统中复杂环境隔离的需求（Fu et al。，2019）。另外，在某些情况下，天然环境中目标蛋白质的浓度比单分子成像所需的最佳浓度高得多（Richards等，2012）。此外，膜蛋白不是在细胞环境中的单个位置上被空间隔离，而是扩散到很宽的区域，这使单分子研究变得复杂。这使得目标分子的分离和分离成为任何离体单分子成像方案的关键方面。该协议详细介绍了一种通过利用从原发组织产生的纳米级囊泡作为分离和固定膜蛋白的方法来应对这些挑战的方法。我们展示了使用含有荧光蛋白标记的烟碱乙酰胆碱受体（nAChRs ）的敲入小鼠的这种离体单分子成像方法。烟碱乙酰胆碱受体（nAChRs的）是跨膜蛋白，其响应并可以尼古丁曝光期间被上调（卡诺等人，2020） 。其贩卖和化学计量公顷S还示出由尼古丁被改变（斯里尼瓦桑等人，2011） 。在这个协议中，我们使用其中的小鼠模型的nAChR α4亚基标记有绿色荧光蛋白（GFP）。我们相信，该协议实际上可以广泛应用于任何侧重于跨膜蛋白的小鼠模型，该跨膜蛋白已用荧光蛋白进行了遗传标记。该协议将使研究人员能够通过对活体动物在单个蛋白质水平上发生的生理变化进行体外表征，从而将单分子研究扩展到普通的体外方法之外。具体来说，该协议描述了一种从小鼠大脑特定区域分离纳米囊泡的详细方法，以执行单分子成像以表征膜受体。该技术可用于了解各种动物模型中特定于大脑区域的结构和功能的变化。该方法的优点是在囊泡分离期间，跨膜受体保持其结构完整性，因为它们保留在纳米囊泡的内源膜中。这使人们能够表征其在天然生理环境中的结构装配及其功能特性（Fu等人，2019）。这种涉及样品制备和标记以及全内反射荧光（TIRF）显微镜检查的单分子方案应立即适用于已经用于其他神经科学应用的多种现有小鼠模型。