同时<em&gt;体外</em两个由视网膜&gt;功能测试<em&gt;在体内</em&gt;电图系统

摘要

Ex vivo ERG can be used to record electrical activity of retinal cells directly from isolated intact retinas of animals or humans. We demonstrate here how common in vivo ERG systems can be adapted for ex vivo ERG recordings in order to dissect the electrical activity of retinal cells.

摘要

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise from extra-retinal sources. Ex vivo ERG provides an efficient method to dissect the function of retinal cells directly from an intact isolated retina of animals or donor eyes. In addition, ex vivo ERG can be used to test the efficacy and safety of potential therapeutic agents on retina tissue from animals or humans. We show here how commercially available in vivo ERG systems can be used to conduct ex vivo ERG recordings from isolated mouse retinas. We combine the light stimulation, electronic and heating units of a standard in vivo system with custom-designed specimen holder, gravity-controlled perfusion system and electromagnetic noise shielding to record low-noise ex vivo ERG signals simultaneously from two retinas with the acquisition software included in commercial in vivo systems. Further, we demonstrate how to use this method in combination with pharmacological treatments that remove specific ERG components in order to dissect the function of certain retinal cell types.

引言

电图（ERG）是一种公认​​的技术，可以用来记录由光引发的视网膜的电活动。 ERG的信号由引起径向电流的电压变化（沿感光细胞和双极细胞的轴）中流动的视网膜的电阻外空间，主要产生的。第一ERG信号是从的鱼眼¹表面记录在1865年霍姆格伦。艾因特霍芬和乔利1908除以²的ERG响应于光的发作分为三个不同的波，称为A，B，和c波，现在已知以反映感光体的主要的活性，ON双极细胞，和色素上皮细胞，分别^3-8。 ERG可以从麻醉动物或人类（ 体内 ）的眼睛被记录时，从分离的眼制剂^9，穿过分离完整视网膜（ 离体 ^）3,10-15或跨越特定视网膜层与微电极（本地^{ERG）4,16。}在这些中， 在体内 ERG是目前最广泛使用的方法，以评估视网膜的功能。它是一种非侵入性的技术，可用于诊断目的或跟随在动物或患者的视网膜疾病的进展。然而， 在体内 ERG录音制作一个复杂的信号，层峦叠成分，往往是由生理性眼外噪音（ 如呼吸和心脏活动）污染。

本地ERG可用于记录整个视网膜的特定层的信号，但它是最侵入性和具有最低信噪比（SNR），为相对于其他的ERG记录的配置。本地ERG也是技术要求高，需要昂贵的设备（ 如，显微镜和显微操作）。 Transretinal ERG从完整的，孤立的视网膜（ 体外 ERG）提供了在体内和局部ERG方法之间的妥协，允许稳定HIG^ h SNR录音来自动物或人¹⁷完整的视网膜。最近，这种方法已成功地用于研究哺乳动物，灵长类动物和人类视网膜^18-20杆和视锥感光功能。另外，由于不存在在体外视网膜色素上皮，视网膜电图信号的正C波分量被除去，一个突出的负慢PIII成分显露在体外的录音。缓慢PIII组件已经显示从米勒胶质细胞的活性，以发起在视网膜^21-23。因此，也可以采用离体的ERG的方法来研究Müller细胞在完整视网膜。几项研究也表明， 体外 ERG记录可以用来测量药剂浓度周围视网膜²⁴和 ​​测试药物^25-27的安全性和有效性。

在体内系统中的多个商业可用和许多实验室不一定具有广泛的背景电使用。相比之下， 体外设备还没有着落直到最近¹⁷并因此只有极少数的实验室目前正在这个强大的技术优势。这将是有益的，使提供给更多的实验室体外 ERG录音，以推进我们对视网膜的生理和病理知识，并开发新的疗法致盲疾病。我们在这里展示了一个简单而经济实惠的体外 ERG装置^17，并显示如何可以组合使用几种市售体内的ERG系统来记录棒状和锥形介导的信号（a-和b-波）和功能Müller细胞（慢PIII）从完整的野生型小鼠视网膜。

研究方案

所有的实验方案符合指南实验动物的护理和使用，被批准的机构动物研究委员会在华盛顿大学。

1.设置灌注和标本持有人

1. 制备用于视网膜灌注新鲜的实验当天溶液。使用蒸馏水和去离子水。使用以下三种解决方案之一。
   1. 制备碳酸氢盐的含艾姆斯溶液（1L）:1瓶艾姆斯的"媒介和1.9克_碳酸氢钠的，
   2. 制备洛克溶液（以mM计）:112.5氯化钠，3.6氯化钾，2.4的MgCl _2，1.2氯化钙_2，10.0 HEPES，20.0 _碳酸氢钠 ，3.0钠琥珀酸盐，0.5钠谷氨酸，0.02 EDTA和10.0葡萄糖，0.1％MEM维生素和氨基酸酸
   3. 制备HEPES缓冲林格氏溶液（以mM计）:133.3氯化钠，3.3氯化钾，2.0的MgCl _2，1.0氯化钙_2，10.0葡萄糖，0.01 EDTA，12.0 HEPES，pH值调节至7.5以〜5.8毫升的1M氢氧化钠，加0.72克/升的Leibovitz培养基的L-15。使用20 - 50μMDL-AP4和50 - 100μM氯化钡₂隔离带任何媒体灌注感光响应。
2. 制备用于电极^28（以mM计）溶液:140.0氯化钠，3.6氯化钾，2.4的MgCl _2，1.2氯化钙_2，3 HEPES，0.01 EDTA和调节pH值至7.4 - 7.5用NaOH。电极溶液可以储存在RT几个月。
3. 准备和测试样品支架。
   1. 胶在试样保持器的底部的圆顶顶部黑/灰滤纸（ 见图1A）。小心地双组分5分钟环氧树脂胶围绕圆顶的平坦顶部的边缘。如果有必要，这样做解剖显微镜下。
   2. 等到胶是几乎干燥（约4分钟），并通过使用一个扁平项按下圆顶的滤纸。胶滤纸至少一天实验前。该滤纸可多次使用，但在一个月的录音后应更换。用70％乙醇安装更换纸张之前，小心地从任何残胶清洁的圆顶。
   3. 与电极液试图避 ​​免任何气泡和螺杆封闭带螺纹适配器插入电极通道粒料电极（ 见图1A和B）填充电极通道。连接的顶部和底部件的试样保持器的四个螺钉和填充灌注线与电极液。
   4. 测量用万用表（ 图1B），每个电极对的导线之间的电阻和电压。电阻应该低于100Ωk和低于10毫伏的电压，如果信道是无气泡和电极是在良好的条件。
4. 倾400 - 700毫升灌注介质中的玻璃瓶中。分开在视网膜和s的解剖中使用另外300ml的在冰箱撕毁了它。设置在热交换器区块灌注管，并放置在加热板上将预热块（参见图1D）。
5. 封闭瓶上的帽具有连接到CO ₂ / O _2的气体（如果艾姆斯或洛克的使用）和灌注管（参见图1D）。预热瓶媒体^37℃，并将其放置在加热板上或强光刺激单元的水浴设为37顶- ^{39℃下17。}
   1. 总理灌注线用灌注填充媒体向他们发起重力驱动的流动。
      1. 在LKC系统，将瓶上的刺激器单元¹⁷的顶部，以提供一个显著重力流动，然后由流速调节器，而不会受到在实验过程中，在瓶子中灌注溶液的降低水平进行调整。
      2. 在Ocuscience系统，放置在p法拉第笼内部erfusion瓶以减少噪声和放置从所述试样保持长期灌注输出线（见步骤2.8）大大低于试样保持器（和灌注瓶）的水平，以使溶液的重力驱动。这些屏蔽输出线和屏蔽连接到功放的地面，以防止电磁噪声的ERG信号的耦合。
6. 通过使用流速调节器5毫升/分钟 - 调节灌注到3。连接5％CO _{2/95％O 2的}气体从适当的调节器的气缸，并调整流量以确保介质在瓶子的稳定鼓泡通过空气石。

2.样品制备

1. 组装清洁和锋利清扫工具包括直刀刃microscissors，一个或两个^45°镊子，刀片和一块长方形的滤纸。
2. 倒入约200毫升冷perfu的在一个大的陪替氏培养皿锡永溶液中，使所述试样保持器（包括圆顶）的整个底部部分可以浸入到该溶液中。安装在圆顶的视网膜时，这一步就变得很重要（见步骤2.6）。虽然一些解决方案被设计成与卡波金（5％CO _{2/95％O 2）}是饱和的，这是不适合的夹层目的必不可少，并没有在这里描述的实验中进行。
3. 对于一个典型的实验中，让动物们在12/12小时黑暗/光照周期和暗适应他们6 - 录音前12小时。安乐死的动物通过CO ₂吸入，随后在昏暗的红灯颈椎脱位，并做下暗红色或红外光所有的下列程序（ 如使用红色过滤器显微镜光源的前面）。
   1. 拉的眼睛通过使用镊子，把他们的报道。将一只眼睛在一个时间上的一小片纸（ 例如，一些正规的过滤纸），并作为点燃大约在锯齿缘的水平，同时保持与镊子眼睛（这是解决方案之外在这里完成）。
4. 沿着锯齿缘切（或接近眼睛的赤道）配microscissors并去除角膜和晶状体。将眼罩在冷介质在大陪替氏培养皿，并用另一只眼睛重复相同的过程。
5. 通过保持视网膜和巩膜之间的剪刀，以保持视网膜作为完整尽可能削减从眼罩朝着视神经顶部的小切口。握从切口的两侧通过使用两个镊子和拉镊子远离彼此分离的视网膜巩膜。
   1. 切视神经和尝试隔离视网膜与身体接触的远端表面的最小量。视网膜色素上皮将自动从视网膜中的解剖过程大多分离。以避免视网膜的机械干扰比来执行更重要的是夹层很快，一般视网膜可以培养在溶液至少30分钟而对响应特性显著影响。
6. 安装在试样保持器（ 图1C）的圆顶的视网膜。沉浸在培养皿与解剖视网膜的试样保持器的底部。滑动视网膜，感光体一侧（隔离视网膜的凸面）向上，在圆顶上并提起试样保持器，以使视网膜附着在滤纸上。重复上述步骤为其他视网膜。
7. 仔细擦干保持架板，以防止视网膜之间的电串扰，以及噪声和信号分流。试样保持器具有围绕底部圆顶O型环，以防止夹持器的底部和顶部部分之间溶液溢出以及帮助个体视网膜的光感受器和神经节细胞侧的电隔离。用四个螺丝安装支架的顶部部分（参见图1B），并通过用注射器和针填充灌注通道灌注溶液。
8. 传送旁边的热交换器区块的试样保持器，并连接在输入和输出灌注线连接到试样保持器（ 图1D）。连接电极以ERG的放大器（顶部电极连接到接地/减销中的放大器），并通过使用一个适配器附着在试样保持器的刺激器/控制单元或滑动加热垫成取决于所述刺激器单元在其上的体内 ERG系统被使用。

3.录音

1. 通过使用在体内系统的软件配置放大器和刺激设置。采集频率设置为1至10千赫和低通值滤波，以300赫兹。不要使用高通滤波。使用60赫兹（或在欧洲50赫兹）如果必要的话陷波滤波器。
2. 没有光刺激和机智记录基线ħ暗淡刺激（ 例如 ，绿光的-35 dB或0.3 MCD平方米^-2）来测试电极和视网膜样品之间良好的电连接。等待10 - 20分钟在开始收集数据之前，使视网膜温度和功能达到一个稳定的状态。
   1. 根据任何具体的实验选择的刺激参数，并开始数据收集。 例如，用绿光从-40到0 dB或从0.1上升到1000 MCD SM ^-2为暗反应的家庭。使用约2到3个对数单位亮闪烁明视录音哪里棒必须由背景光被抑制（3 - 30 CDM ^-2）或探针闪光灯（约1.3镉平方米^-2 = 1分贝参见图3）。
   2. 但是，请记住确切的光强值可能会一定程度上取决于你的系统校准和实验条件。作为一个经验法则，规模强度下降了5 - 10倍相比， 在体内 使用绿灯时¹⁷录音。黑色覆盖有孔上面的视网膜（包含在商用适配器系统）可用于以减少光散射在样品支架和由商业体内系统的Ganzfeld球体同时促进视网膜的均匀和相等的刺激。
      注:对于记录从暗适应视网膜中，在典型的实验漂白颜料只有微不足道的分数使用的测试闪烁的强度以使缺少RPE驱动再生的是不是一个问题。此外，先前已显示，锥体颜料再生仍然可以通过米勒细胞视觉周期²⁰发生在隔离视网膜。
3. 作为实验持续典型地从30分钟到几个小时，监测基线漂移，噪声水平和响应稳定性试验期间的变化在这些可能表示的技术问题。
   注:噪音的增加或减少D响应幅度可以指示气泡在灌注或电极通道，过低或过高的温度，溶液泄漏/溢出或视网膜的位移。

4.清洗

1. 从灌注线取下样品支架，打开它，并从滤纸冲洗的视网膜。取出电极，并用蒸馏水（不要使用乙醇）冲洗。清洁试样保持器（包括灌注通道）与乙醇和/或蒸馏水。同花顺灌注管小心地用> 70％的乙醇。
2. 冲洗瓶灌注用蒸馏水（不要使用清洁剂）。乙醇也可以用来清洗瓶子。

结果

我们记录从暗适应的野生型闪光灯反应（WT）的C57BL / 6小鼠的视网膜通过以下通过使用不同的标准灌注液（ 图2）如上所述和在图1中所示的实验方案。的响应波形和动力学以及视杆细胞的灵敏度出现在埃姆斯'和洛克的媒体（ 图2A和B）类似。另一方面，在HEPES缓冲的Ringer溶液（无碳酸氢盐或5％的CO _{2/95％O 2）}的反应振幅均显著小。我们还...

讨论

我们在这里表明，用于通过使用在体内的ERG系统组件与离体的ERG适配器一起同时获得高品质的离体的ERG记录从两个分离的小鼠视网膜的关键步骤。在此研究中，我们灌注既视网膜从具有相同的溶液（或者艾姆斯，洛克的或林格氏）的动物，但它也可以将灌注每个视网膜与不同的溶液如用于药物测试的目的。为了获得高质量的数据，最重要的步骤是从电磁噪声，小心?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
In vivo ERG system	OcuScience	HMsERG	www.ocuscience.us/id77.html
In vivo ERG system	LKC Technologies	UTAS-E 3000	www.lkc.com/products/UTAS/bigshot.html
Ex vivo adapter	OcuScience	Ex VIVO ERG adapter	www.ocuscience.us/id107.html
Dissection microscope	North Central Instruments	Leica M80	May use any brand
IR emitter	Opto Diode Corp.	OD-50L	www.optodiode.com
Prowler Night Vision Scopes	B.E. Meyers Electro Optics	D4300-I	Military grade product.
Red filter	Rosco Laboratories	Roscolux #27 Medium Red	May be used instead of IR system
Red head light	OcuScience	ERGX011	www.ocuscience.us/catalog/i29.html
Microscissors	WPI, Inc.	500086	www.wpiinc.com/
Dumont tweezers #5	WPI, Inc.	14101
Razor blades	Electron Microscopy Sciences	72000	www.emsdiasum.com
Scale	Metler Toledo	AB54-S/FACT	May use any brand
pH meter and electrode	Beckman Coulter	pHI 350	May use any brand
NaCl	Sigma-Aldrich	S7653	May use any brand
KCl	Sigma-Aldrich	60129	May use any brand
MgCl2	Sigma-Aldrich	63020	1.0 M solution
CaCl2	Sigma-Aldrich	21114	1.0 M solution
EDTA	Sigma-Aldrich	431788	May use any brand
HEPES	Sigma-Aldrich	H3375	May use any brand
Sodium Bicarbonate	Sigma-Aldrich	S6297	May use any brand
Ames medium	Sigma-Aldrich	A1420	May use any brand
BaCl2	Sigma-Aldrich	B0750	May use any brand
DL-AP4	Tocris Bioscience	101	May use any brand
Succinic acid disodium salt	Sigma-Aldrich	224731	May use any brand
L-Glutamic acid	Sigma-Aldrich	G2834	May use any brand
D-(+)-Glucose	Sigma-Aldrich	G7528	May use any brand
Leibovitz culture medium L-15	Sigma-Aldrich	L4386	May use any brand
MEM vitamins	Sigma-Aldrich	M6895
MEM amino acids	Sigma-Aldrich	M5550
Carbogen	Airgas	UN3156	5% CO2