同时光感受器和二阶神经元在两栖类动物的视网膜切片制备全细胞记录

摘要

我们描述了制备薄视网膜片从水产虎蝾螈（ Ambystoma tigrinum），并解释我们如何使用这些切片研究获得双全细胞电压钳记录，从感光细胞和二阶的水平细胞和双极细胞在视网膜突触处理。

摘要

在视网膜神经科学的中心任务之一是了解视网膜神经细胞的电路，这些连接是如何塑造的信号传递给大脑负责。光子被检测到的视网膜杆和锥光感受器，它的能量转换成一个电信号，传送到其他的视网膜神经细胞，在那里进行处理和通信中心在大脑中的目标，通过视神经。重要的早期洞察视网膜电路和视觉处理来自卡哈尔^1,2的组织学研究，后来，从电生理记录扣球视网膜神经节细胞的活性-输出的视网膜细胞^3,4。

在视网膜中的可视处理的详细了解，需要了解的信令在视网膜神经节细胞的途径从感光体中的每个步骤。然而，许多视网膜细胞类型是牙钻IED在组织深处，因此相对人迹罕至的电生理记录。这种限制是可以克服工作与垂直切片，其中居住于视网膜层细胞清晰可见，电生理记录访问。

这里，我们描述了一种用于从仔鱼，：老虎蝾螈（tigrinum钝口螈属 ）的垂直剖面的视网膜。虽然这最初是为准备录音用锋利的微电极^5,6双全细胞电压钳记录，我们描述的方法，从感光细胞和二阶的水平细胞和双极细胞中，我们处理的感光膜电位，同时记录后在水平或双极细胞的突触反应。虎蝾螈的光感受器是远远大于那些哺乳动物物种，这是一个理想的制剂，其中承接吨他在技术上具有挑战性的实验方法。这些实验着眼探测突触带信号性能描述-一个专门的突触结构，发现在一个只有极少数的神经元，包括杆和视锥细胞，非常适合保持率很高的滋补神经递质的释放^{7 ，8} -和它有助于视网膜突触这首独特的信令性能。

研究方案

1。视网膜切片准备

1. 组装所述腔室（ 图1中所示的设计）。将两个真空润滑脂，有孔玻璃珠间隔开〜8-10毫米，整个录音室，形成沟道灌流的和要在其中嵌入的视网膜切片。添加润滑脂几毫米更远超出这两个有孔玻璃珠的润滑脂作为堤坝和限制外溢的第二胎圈。将一个小的三角片KimWipe上面的腔室的端部，以确保流体接触的参比电极。
2. 按一块硝酸纤维素膜（〜5×10毫米，0.8微米毛孔）平成两个小珠真空油脂对显微镜载玻片。避免将油脂直接的中心下的硝酸纤维素膜，因为这样会导致视网膜附着。
3. 要准备组织切片机，打破了双边缘刀片成4块，并附加一个切片臂。切薄片nitrocellul（作家）膜，以确保切削刃的刀片平放在对录音室，因此，通过硝酸纤维素膜干净地切割。
4. 两栖类生理盐水溶液（ 表1）在解剖站上冰保持小烧杯中。
5. 安乐死蝾螈斩首。 Hemisect头了得sagitally通过脊髓髓。顶上的油毡块与两栖动物盐水浸湿的棉片将一半的头。头部的另一半可以，用潮湿的纸巾包裹，并储存在4℃下，使用在当天晚些时候。
6. 的眼睛Enucleate。使用小维纳斯剪刀，切开皮肤，眼睛周围的轨道连接。释放前面的眼睛周围的轨道组织后，扯人眼球向前滑动的剪刀划破的眼部肌肉和视神经下眼，使眼睛的轨道。
7. 将去核的眼睛在床上棉花油毡块。丢弃的半头。修剪多余的眶隔脂肪，从后面的眼睛。
8. 在角膜的中心做一个小切口，用锋利的手术刀片。取出角膜切口延长径向切向锯齿缘滑动精细维纳斯剪。周围切锯齿缘通过旋转油毡块或间棉削减。
9. 切割后眼睛周围的所有的方式，去除角膜和晶状体拉出侧面眼罩。到坚硬的表面移动产生的眼罩油毡块蘸与两栖动物生理盐水。它切成三分之二用锋利的刀片，用细锯议案，以确保您已经削减了所有的方式，通过巩膜。
10. 将一份或两份接目环件上的硝酸纤维素膜与视网膜表面朝下。额外盐水淹没残片，并将其放置在冰箱〜4℃
11. 戈ntly按一块眼罩对硝酸纤维素膜用细镊子。淹没硝酸纤维素膜和眼罩片的边缘与KimWipe帮助视网膜坚持几滴冷两栖动物盐水和印迹。再次浸在眼罩和硝酸纤维素膜与两栖类冷生理盐水溶液剥离巩膜/脉络膜/视网膜色素上皮细胞的分离的视网膜（它可以出现粉红色的，由于存在未漂白的视紫红质）数滴。如果有必要，切断视神经，视网膜释放。
12. 如果视网膜没有遵守得紧紧的，排走生理盐水与KimWipe拉扯视网膜，更坚定地走下去，到硝酸纤维素膜。更换生理盐水。重复，如果有必要的话。
13. 冷两栖动物生理盐水填充室转移到组织切片机的阶段。视网膜和硝酸纤维素膜切片切成细条，从一端到另一工作通过转动千分尺在增量为125微米。按刀片轻轻地但坚定地通过视网膜和硝酸纤维素膜。
14. 视网膜切片转移硝酸纤维素膜条移动录音室的主渠道。提起带状免费膜，然后拿着它到位室下方移动时，一定要保持片淹没。添加的硝酸纤维素膜在真空润滑脂条的边缘，旋转90度，以查看在视网膜层。
15. 按平贴在玻璃表面的硝酸纤维素膜。即使有，不是对每一个作品的视网膜，将带以规则的间隔（〜1毫米）沿其整个长度的灌注通道，帮助打破的表面张力和改善流体流动的硝酸纤维素膜。

2。配对的全细胞记录

1. 所有切片后已经转移，移动录音室，一个堂堂正正的阶段，固定舞台显微镜和附加参考电极引线。重点在片使用长工作距离，开水浸泡，40-60X的目标。显微镜应放置在空气表来抑制振动，封闭在一个法拉第笼，以减少电子干扰。
2. Superfuse连续切片的速率为1毫升/分钟，两栖类盐溶液与100％O ₂鼓泡。连接吸气，确保流入和流出是平衡的。流出可调节，旋转吸入针的斜角端，或通过移动的KimWipe在该腔室的端部从流出针靠近或远离。该制剂可以保持在室温或冷却用珀耳帖（Peltier）器件，或通过简单的设置显微镜载物台的一个冰袋。
3. 切片检查变暗或红外光下找出一对感光细胞 - （棒或圆锥）和附近的水平或双极细胞 - 全细胞记录的目标。棒可我dentified大胞体和突出的棒状外段（ 图2A）。视锥细胞是小于棒，有小的锥形外段。双极细胞，水平细胞胞体中的细胞体在内核层（INL， 图2B和2C）的最外排。
4. 在准备切片，用移液器拉马制造微量硼硅玻璃（1.2毫米外径，0.95毫米内径与玻璃纤维）。每个微管的顶端应为〜1-2微米的直径。
5. 使用非金属填充针（ 例如，一个从1毫升注射器或微滤制造），填补移液管与细胞内的溶液（ 表1），和连接到所述电极保持器。
6. 显微镜物镜略有提升。物镜下方的感光体移液管的位置，然后下降，使针尖位于正上方的片。重复与t他第二次吸管。
7. 调整放大器的基准电流电平在任何偏移。检查吸液管电阻5-10 mV的去极化脉冲。我们通常使用的移液管，范围从10至15MΩ的长锥形轴和低渗透压的两栖动物液的结果。具有较高的摩尔渗透压浓度的哺乳动物的解决方案中，这些相同的移液管表现出〜8-12MΩ的电阻值。虽然我们已经使用了尖端直径较大的电阻值3-4MΩ两栖动物解决方案，提供一个较低的访问性的优点抵消在细胞膜上的密封难度更大和更快速的破败的钙电流和其他第二信使敏感的反应。
8. 轻微的正压力，位置，同时施加在突触后的移液管，使接触水平或双极性电池主体的。如果是，定位的突触前的移液管，以便接触一个棒或锥照相感光体的细胞体。录音APPEAR更稳定枪头接触时，尤其是在锥内段，而不是苏摩。
9. 监测的阻力，松开正压后突触吸管上。有时，正压力的释放是足以形成密封千兆欧姆。如果没有，申请轻柔吸用1毫升注射器或经口。尖阻力后已经成长为> 100MΩ，适用于保持电位为-60 mV。获得千兆欧姆密封后，空出的任何吸管的电容瞬变和感光吸管重复密封的过程，将保持电位为-70 mV。
10. 用你的嘴或注射器吸每个单元又破裂的补丁。棒，锥细胞和双极细胞通常会破裂，轻轻吸。获得全细胞配置水平细胞，可能需要更大的吸力（ 即用3毫升注射器）的组合具有较强的快速电压脉冲“ZAP”F膜片钳放大器eature。破裂的膜和建立全细胞配置将是显而易见的外观全细胞电容瞬变。
11. 确认身份突触后细胞生理施加一道光闪过，并提供了一系列的电压从-120至+40 mV在20 mV递增（ 图3和图4）步骤。
12. 要评估如果对细胞的突触连接，提供一个简短的（25-100毫秒），60 mV的步去极化的光感受器（到-10 mV，L-型电压门控钙电流峰值附近），并期待二阶神经元突触后电流（ 图5）。一个强大的去极化步骤应该唤起快，瞬态向内突触后电流在突触后水平或OFF双极细胞引起一阵囊泡释放锥（ 图5）。

结果

代表垂直切片蝾螈视网膜神经元对光反应的痕迹， 如图3所示。锥，水平细胞，双极细胞和OFF显示外向电流响应发病轻。突出内向电流水平和双极细胞记录后，灯闪光偏移，因为他们去极化的光感受器引起的谷氨酸释放增加。双极细胞响应内向电流在轻发病因符号反相的代谢型谷氨酸受体信号级联和激活的TRPM1频道^9。通过IV的关系（ 图4），水平细胞，双极细胞，可以彼此区分。水平细胞通常具有的直链或四内向整流和低输入电阻（<500MΩ; 图4A），而双极细胞具有高输入电阻（0.5-2GΩ）向外整流I - V（ 图4B）。图5显示了有代表性的结果从一个锥形水平细胞对锥关对双极细胞（ 图5B）（图5A）的录音。在每个从保持电位为-70 mV，去极化到-10 mV锥引起了电压门控钙电流水平或双极细胞锥体和快速向内EPSC。这种强烈的刺激足以清空容易释放池，导致EPSC〜47 PA /色带^10〜20小泡从每个突触带。 图5A水平细胞EPSC 232 PA，表明它收到5带状触点从突触前锥。类似的估计从178 PA工作小组在关闭双极细胞（ 图5B），表明它收到了4个带状触点从突触前锥。

	两栖动物生理盐水	突触前吸管	突触后吸管
氯化钠	116毫米	3.5毫米	3.5毫米
氯化钾	2.5毫米
氯化钙	1.8毫	1毫米	1毫米
氯化镁	0.5毫米	1毫米	1毫米
HEPES	10mM的	10mM的	10mM的
葡萄糖	5毫米
铯-谷氨酸*		40毫米
葡萄糖酸铯**		50毫米	90毫米
四乙基氯化铵		10mM的	10mM的
ATP-Mg系		9毫米	9毫米
GTP		0.5毫米	0.5毫米
EGTA		5毫米	5毫米
pH值***	7.8	7.2	7.2
渗透压****	245毫渗量	240毫渗量	240 MOSM

*铯-谷氨酸是由用40mM的CsOH电极内液中的40mM的L-谷氨酸。 ** 1 M库存CS-葡萄糖酸是由D-葡萄糖酸45-50％的CsOH中的解决方案。 ***用NaOH调节pH值应为细胞外液和吸液管的解决方案的CsOH。 ****保持略低于液的渗透压，细胞外液，防止细胞肿胀和提高长寿的记录。

表1。细胞内和细胞外的标准解决方案，此协议中使用的组件和参数。

图1。录音室设计（AC）顶部，侧面和录音室的显示尺寸的剖视图。加工室从2毫米厚的丙烯酸（D）组装室。灌流通过聚四氟乙烯管（10厘米长的流入管 ; 24LW型）进入燃烧室。灌流除去施加轻度抽吸到斜面20的另一侧的腔室的尺寸的金属管。此输出管的相邻的是一个颗粒参比电极Ag / AgCl电极。此参比电极的导线被连接到参考输入的探头。一个小三角KimWipe的被放置在参比电极，以保持其与溶液接触，并调节溶液流进流出管。成的腔室的凹入边缘放置的玻璃显微镜载片上形成的腔室的底部。该滑动固定在适当位置，用珠真空润滑脂。条状的硝酸纤维素膜与视网膜片嵌入在真空润滑脂的有孔玻璃珠形成沟道的溶液流。使片之前，一个5×10毫米长的硝酸纤维素膜固定到所述腔室与两个小珠真空润滑脂。眼罩被放置一块玻璃体侧倒在这硝酸纤维素膜一旦视网膜坚持解除了。 点击这里查看大图 。

图2。染料填充细胞对已经编制rtical片A）杆水平细胞和突触耦合充满了对比的荧光染料，通过补丁吸管在同时全细胞记录的图像。路西法黄色（2毫克/毫升）被列入杆液（黄色）和sulfarhodamine B（1毫克/毫升），水平细胞吸管溶液（紫色）被列入。使用旋转圆盘共聚焦显微镜（Perkin Elmer公司制Ultraview LCI）配有一个冷却的CCD相机（奥卡ER），并安装到固定载物台的显微镜（尼康E600 FN与60X，1.0不适用水浸物镜）捕获荧光图像。这些图像是亮场图像叠加在相应的视网膜片使用Adobe Photoshop B）图像的圆锥OFF双极细胞和突触耦合。双极细胞的轴突终末分支内核层边界附近的内网状层的最外层（S1）板下。 C）的锥水平细胞和突触耦合的图片。需要注意的是锥形端子显着大于杆轴索终端。虽然水平细胞可以被识别的长椭圆形的形状，它们的细胞体，细胞体的ON和OFF型双极细胞的INL不能很容易地记录之前区分。然而，我们可以OFF双极细胞的细胞体在光学网络中，可以区分由内层和外层部分的情况下从锥锥驱动目标位移。标尺为20微米。

图3。光诱发锥（A），水平细胞电流电压钳记录下从四个不同的视网膜神经元在500毫秒明亮的白光一闪。 G>（C）（B），双极细胞和关闭所有回应光外向钾电流（D）内向电流双极细胞的相同的光刺激。关闭双极细胞（C）基线噪声展出，反映了持续释放时，减少光感受器超极化光在黑暗中的突触小泡。从这四个细胞中获得了单独录音，使用切片准备在白色灯光下的响应。在这些实施例中使用的白色光刺激的强度产生响应，相当于1×10 ^5个光子/秒个^/μm2的580nm的光子通量的水平和双极细胞。

图4。电流-电压（IV）为h的关系orizontal和关断双极细胞（A） 上方的面板中 ，诱发的一系列的150毫秒的电压阶跃20 mV递增（ 底部面板 ），水平细胞应用从-120到+40 mV的膜电流。水平细胞通常具有低的输入电阻和直链或内向整流型IV的关系，（B）的 IV关系，响应一系列的电压步骤断开双极细胞。双极细胞具有更高的输入电阻和一个向外整流的四 ，由于激活电压门控钾电流。

图5。 锥锥电压门控性钙电流（A）记录（我_CA 配对记录数据的例子。 锥_V M），保持电位为-10 mV。泄漏和电容瞬变减去使用P / 8泄漏减法协议。甲快兴奋性突触后电流（EPSC; HC PSC），同时记录，可从水平细胞，表明这两种细胞的突触耦合（B）的工作小组，在另一个同样的刺激响应的记录，可在关断双极细胞锥。

讨论

视网膜切片准备已经被证明是非常有用的分析视网膜处理视觉信息的电路和机制。同时获得全细胞记录前和突触后神经元的能力一直在这一努力中特别有用。配对的全细胞记录片更容易实现比平面式视网膜制剂，因为不同的视网膜层暴露。此外，由于其大的视网膜神经细胞，蝾螈有悠久的历史，作为视网膜的准备，因此提供了一个特别良好的特点的模型系统。

通过实践，蝾螈视网膜的健康片可以定期编制。几个关键的步骤，可以使成功和失败之间的差异。 1）确保刀片安装的组织切片机上，以便它贴在玻璃表面和片平放在干净，但组织和underlyi毫微克的硝酸纤维素膜。通过硝酸纤维素膜，如果你已经做了一个干净的切割，你应该听到一声微弱的点击刀片罢工载玻片表面。 2）确保视网膜坚持到硝酸纤维素膜。否则，视网膜可以浮动相差的膜，在任何步骤中的程序。 3）不要切割片暴露在空气中，因为这将损害许多表层细胞。 4）确保片和硝酸纤维素膜对玻璃滑动平躺，使视网膜层解剖显微镜下是显而易见的。 5）平衡灌流流入和流出率为了避免溢出录音室。这可以防止在溶液水平的突然变化，这会导致突然的组织的活动。 6）选择健康的细胞对彼此接近。光滑胞浆细胞比健康细胞胞浆呈颗粒状。更深切片的细胞​​更可能保留完整的突触CON触点。 7）确保枪头不破或其他组织或碎片的道路上蹭着细胞。 8）检查，以确保它没有被阻塞碎片或泡沫，这两者都可以使它很难获得高质量的全细胞记录吸液管电阻。

，而不是视网膜附着到硝酸纤维素滤纸上，一些调查嵌入视网膜在一个块中的琼脂，并使用一个vibratome切割视网膜切片获得。虽然我们还没有试过这种方法^，11 Kim 等人讨论这两种方法的优点。根据他们的经验，琼脂为基础的方法提供了更一致的平片产量与划定视网膜层，但滤纸为基础的方法产生健康的感光细胞。

杆和视锥细胞负责传导光线进入的膜电位变化。杆和视锥细胞的膜电位与配对录音，可以manipul直接生成，因此产生光的反应能力，同时有助于确定细胞类型，可能是必不可少的。因此，我们经常准备切片在白光。然而，即使在明亮的光照下准备，蝾螈视网膜神经细胞可以产生大量的光反应所示，由图中的响应。 3。这部分是由于到生色团外段大体积比较大的水库，但也可能反映Müller细胞的再生能力的11 -顺式视网膜视锥细胞^12。要获得充分的暗适应光的反应，我们可以准备切片在红外线照射下。解剖红外光下，我们重视GenIII图像增强（Nitemate NAV3，利顿工业公司，亚利桑那州坦佩）解剖显微镜的目镜和一个红外LED手电筒照亮的组织。对于切片和其他程序都没有进行解剖显微镜下，我们聘请了头戴式IMAGE增强。安置的补丁移液器，切片使用红外敏感CCD相机（WATEC公司， 如 WATEC 502H米德尔敦，NY）安装到直立，固定阶段显微镜可视化。这些预防措施，可以得到单光子灵敏度^6，13杆响应参展。

在视网膜切片工作的一个限制是长期大视野视网膜神经元细胞过程可能会失去他们的许多树突在切片过程。视网膜切片的准备，因此更有益的研究的生理的细胞的突触接触涉及靠近细胞体的过程。两栖类和哺乳动物的视网膜共享许多相同的细胞类型，并利用类似的生理机制^14-16。蝾螈视网膜的良好模型的哺乳动物的视网膜中的许多方面的一个重要的区别似乎是一个专用杆通路的存在下在哺乳动物INVOlves专门杆双极细胞接触到AII无长突细胞^14。蝾螈视网膜的另一个局限性是国内少数专门为这个物种的遗传工具。然而，抗体和shRNA试剂，目标以及在其它物种中保守的区域可以成功地用于在蝾螈，以及许多小分子抑制剂和肽试剂。此外，随着技术的一些修改，视网膜切片可以准备一些这些工具更容易获得来自其他物种。

除了配对的全细胞记录其效用，蝾螈视网膜切片准备也适合各种其他方法。正如上面所讨论，视网膜切片可用于研究与各种电压钳位协议^17的组合的光反应。视网膜神经细胞也可以被载入敏感的荧光染料的Ca ^{2 +，Cl -}的，或Na+引入通过的补丁吸管或^15,18-20浴应用。束缚的突触带^21上的荧光肽可以通过引入补丁吸管和用于成像的发带^10，或荧光素共轭时，急性和选择性地损坏条带^22。我们也使用与量子点结合的视网膜切片监测运动杆和锥突触终端^23的单独的钙离子通道。因此，垂直视网膜切片是一种多用途的研究基础突触机制和独特的处理功能，在视觉信号传导通路的第一突触进行实验准备。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tissue slicer	Stoelting	51425
Double edge razor blades	Ted Pella, Inc	121-6
Nitrocellulose membranes	Millipore	AAWP02500	Type AAWP 0.8 mm pore
Borosilicate glass pipettes	World Precision Instruments	TW120F-4	1.2mm OD 0.95 mm ID
Ag/AgCl pellet	Warner	E206
MicroFil	World Precision Instruments	MF34G-5	34 ga. Filling needle, 67 mm long