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Method Article
* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Mit Fast-Scan-Cyclovoltammetrie zu elektrisch evozierten präsynaptischen Dopamin-Dynamik in striatalen Hirnschnitten zu messen.
Umfangreiche Forschung hat sich auf den Neurotransmitter Dopamin wegen ihrer Bedeutung in der Wirkmechanismus von Drogen (zB Kokain und Amphetamin), seine Rolle in psychiatrischen Erkrankungen (zB Schizophrenie und Aufmerksamkeits-Defizit-Syndrom mit Hyperaktivität), und seine Einbindung in degenerative konzentriert Erkrankungen wie Parkinson und Chorea Huntington. Unter normalen physiologischen Bedingungen wird Dopamin bekannt, Bewegungsaktivität, Kognition, Lernen, emotionale Auswirkungen, und neuroendokrinen Sekretion regulieren. Eines der größten Dichten von Dopamin-Neuronen innerhalb des Striatum, die in zwei unterschiedlichen neuroanatomischen Regionen wie der Nucleus accumbens und die caudate-Putamen bekannt aufgeteilt werden kann. Ziel ist es, ein allgemeines Protokoll für Stück Fast-Scan-Cyclovoltammetrie (FSCV) in der Maus Striatum zu illustrieren. FSCV ist eine gut definierte elektrochemische Technik bietet die Möglichkeit, die Freisetzung von Dopamin und Aufnahme zu messen und in Echtzeit in discrete Hirnregionen. Kohlefaser Mikroelektroden (Durchmesser von ca. 7 um) sind in FSCV zur Dopamin-Oxidation zu erkennen. Die analytische Vorteil der Verwendung FSCV zu Dopamin zu erkennen ist die erweiterte zeitliche Auflösung von 100 Millisekunden und räumlichen Auflösung von weniger als zehn Mikrometer, das ergänzende Informationen zur In-vivo-Mikrodialyse.
1. Experimentelle essentials
Electrode Fabrication
Herstellung der Lösung
Drei Arten von künstlichen cereLiquor Flüssigkeit (aCSF)-Lösungen müssen im Voraus zubereitet werden, die alle in Reinstwasser (18 MOhm cm) Wasser.
Kalibrierung der Elektrode
2. Slice-Vorbereitung
3. Voltammetric Aufnahmen von Schnitten
Während die Scheiben Inkubation sind, kann die Scheibe Aufnahme Kammer vorbereitet werden.
4. Datenanalyse
Resultierende Strom-Zeit-Spuren aus der Scheibe erzielt werden durch nichtlineare Regression, eine Reihe von Michaelis-Menten-basierte Gleichungen fit werden, wie beschrieben Wightmanund Kollegen in Software in LabVIEW (National Instruments, Austin, TX) 4-6 geschrieben. Und Dopamin-Konzentration pro Impuls (nM; In dieser Software können aktuelle Abhängigkeit von der Zeit Spuren durch Variation zwei Parameter, V max (entsprechend der Geschwindigkeit der Aufnahme durch den Dopamin-Transporter wie der absteigenden Phase der Spur gezeigt nM / s) ausgestattet werden ; entsprechend der Peakhöhe Maximum). Der K m-Wert, so wie die Affinität von Dopamin für die Dopamin-Transporter, ist auf 160 nm eingestellt und nicht verändert. Die Elektrode ist post-Kalibrierfaktor, dass nach dem Experiment bestimmt wird vor der Montage erforderlich. Die LabView-Software enthält das Bestimmtheitsmaß (R 2) Parameter, um die Güte der Anpassung (R 2-Werte> 0,8 verwendet werden) zu bestimmen.
5. Repräsentative Ergebnisse
FSCV wurde verwendet, um single-pulse, elektrisch stimuliert die Freisetzung von Dopamin und Aufnahme in die caudate-setzen zu untersuchenAmen (CPU), Nucleus accumbens (NAc) Kern, und NAC-Shell in Mäusen. Repräsentative Ergebnisse in Abbildung 1A dargestellt zeigen aktuelle (oder Konzentration) gegen die Zeit Grundstücke. Der rote Pfeil zeigt an, wann elektrische Impulse an die Scheibe durch einen entsprechenden Anstieg der Menge an Strom, die auf Veränderungen im Dopamin-Konzentration an der Kohlefaser-Mikroelektroden gefolgt angewendet wird. Die vorherrschende Prozess bei der elektrischen Stimulation wird die Freisetzung von Dopamin, aber auch andere Prozesse wie Aufnahme und Verbreitung beitragen, die insgesamt beobachtete Peakhöhe als auch. Der absteigende Phase der Gipfel ist vor allem zurückzuführen auf die Neurotransmitter durch seine Transporter-Wiederaufnahmehemmer seit neuronale Stimulation hat 7 gestoppt worden. Allerdings ist die Peak-Zerfall nicht beschränkt auf Wiederaufnahme, wie Diffusion und den Stoffwechsel auch auf die Abnahme des Stroms beitragen. Es wurde postuliert, dass seit der Zeitskala von elektrochemischen Messungen ist eine Sache von Sekunden, FSCV zu schnell, um contributio Maßnahme istns aus dem Stoffwechsel 7. In dieser aktuellen gegen die Zeit Spuren, die y-Achse die Konzentration (M) mit der post-Experiment Kalibrierfaktor umgewandelt. Der Einschub für die Abbildung 1A ist der jeweilige Hintergrund subtrahiert Cyclovoltammogramme für die aktuelle Funktion der Zeit Spuren. Trägt man die gemessenen Strom (y-Achse) gegen das angelegte Potential an der Elektrode (x-Achse), ist Dopamin chemisch mit einem beobachteten Oxidationspeak auf +0,6 V und eine entsprechende Verringerung Gipfel des Dopamin-ortho-Chinon ist beobachtet identifiziert - 0,2 V gegen eine Ag / AgCl-Referenzelektrode. Die dritte Darstellung der Daten verwendet eine dreidimensionale Falschfarben-Plot (Abbildung 1B) die Kombination der Informationen aus beiden die aktuelle Abhängigkeit von der Zeit Spuren und das Cyclovoltammogramm einer einzigen Handlung bilden. In der repräsentativen Pseudo-Farbdarstellung, die Zeit in Sekunden entlang der x-Achse aufgetragen ist, wird die angelegte Spannung um die Kohlefaser arbeiten Mikroelektroden entlang der y-Achse grafisch dargestellt, und Strom wird als fal vertretense Farbe entlang der z-Achse. Aufgrund der geringen Größe der Kohlefaser-Mikroelektroden (~ 7 &mgr; m im Durchmesser) können elektrisch stimuliert Dopamin Dynamik in diskreten anatomischen Regionen des Striatum (; Abbildung 2 CPU gegenüber NAc Kern gegenüber NAc shell) nachgewiesen werden.
Ein Vorteil der Verwendung striatalen koronalen Scheiben ist, dass sie Beiträge macht aus dem Dopamin Zellkörper, und ermöglicht eine Untersuchung der präsynaptischen Dopamin-Dynamik. Präsynaptische Kontrolle der Freisetzung von Dopamin und die Aufnahme ist nicht streng an Dopamin Autorezeptor oder Transporter Funktionen beschränkt wie andere 16, 17 gezeigt haben. Heterorezeptoren anderer Neurotransmitter-Systeme auch modulieren Dopamin Dynamik 18, 19. Vertreter aktuelle Abhängigkeit von der Zeit Spuren in Abbildung 3A gezeigt zeigen, dass bei Scheiben mit 1 uM Quinpirol (D2/D3-Rezeptor-Agonist) für 30 Minuten, was einem Rückgang in elektrisch evozierte Freisetzung von Dopamin behandelt werden beobachtet. Auf der anderen Seite, wenn ein Substratfür den Dopamin-Transporter, wie Methamphetamin, über die Scheibe für 30 Minuten perfundiert wird, ist kein Unterschied in der Freisetzung von Dopamin (Abbildung 3B). Die Peak-Zerfall ist auf der rechten Seite, die normalerweise mit Veränderungen in Dopamin-Transporter-Kinetik (K m) 3 verbunden ist verschoben. Schließlich ist 3C einer repräsentativen Spur des Stroms über der Zeit verfolgen, sobald die Scheibe wurde in einer 100 ng / mL brain-derived neurotrophic factor (BDNF)-Lösung, die die Hypothese aufgestellt hat, um Einfluss Freisetzung von Dopamin Dynamik 20, 21 wurde gebadet. Aus dieser repräsentativen Spur, erkennt man, dass BDNF die Möglichkeit, elektrisch evozierte Freisetzung von Dopamin zu verbessern hat. Zusammengenommen unterstreichen diese pharmakologische Behandlungen der Nutzen FSCV zu Dopamin Dynamik in das Striatum Sonde.
Die wichtigste Einschränkung der Verwendung von Hirnschnitten zu präsynaptischen Dopamin-Dynamik von FSCV untersuchen ist, dass die neurocircuitry von einem intakten Gehirn verloren geht.Mit Scheibe FSCV ist es unmöglich, die Auswirkungen von Neurotransmittern aus anderen Hirnregionen Studie, was es schwierig macht Beiträgen dieser Systeme auf die Funktionalität der Region untersucht verstehen (z. B. das Striatum) oder nicht-stimulierten Dopaminspiegel bewerten. 24 - Allerdings haben die jüngsten technischen Fortschritte in FSCV für Dopamin transiente Messungen (mit und ohne elektrische Stimulation) in sich frei bewegenden Ratten in Reaktion auf eine pharmakologische Manipulation, Selbstverwaltung, oder Neuheit 22 erlaubt. Insgesamt bietet slice FSCV wertvolle Informationen über präsynaptische Dynamik und Kopplung Scheibe FSCV Ergebnisse zu komplementären neurochemischen Techniken wie Mikrodialyse, Elektrophysiologie und / oder frei beweglichen FSCV bietet eine umfassendere Sicht von Neurotransmitter-Funktion im Gehirn.
Abbildung 1. Dopamin Elektrisch evoziertee Freisetzung gemessen FSCV folgende single-pulse Stimulation in dorsalen CPu Scheiben von C57BL/6J-Mäuse. (A) Die Konzentration gegen die Zeit verfolgen, in denen die Freisetzung von Dopamin durch einen einzelnen Impuls (roter Pfeil) hervorgerufen wurde. Die einzelnen Stern repräsentiert die Faktoren, die zum Anstieg der Konzentration, die überwiegend Freisetzung von Dopamin beitragen, aber die Aufnahme und Verbreitung auch beitragen. Die Doppel-Stern steht für die Peak-Signal wieder auf den Ausgangswert, was hauptsächlich auf die Aufnahme, sondern auch Diffusion beiträgt. Inset zeigt die entsprechenden Cyclovoltammogramme. (B) Vertreter Farbplots aus dem dorsalen CPU Anzeige der Zeit (x-Achse), angewendet Potenzial, die Kohlefaser-Mikroelektroden gegen Ag / AgCl-Referenzelektrode (y-Achse) und Strom in pseudo-Farbe.
Abbildung 2. Dopamin-Freisetzung durch einen einzigen elektrischen Stimulationsimpulses (gekennzeichnet durch den roten Pfeil) in der NAC Kern hervorgerufenund Shell C57BL/6J-Mäuse. (A und C) Die Konzentration gegen die Zeit Spuren und ihre entsprechenden Cyclovoltammogramme (kleines Bild) von der NAC Kern und Schale. (B und D) Wie zuvor beschrieben, Vertreter Farbplots aus dem NAc Kern und Schale.
Abbildung 3 Vertreter Spuren nach der Scheibe wurde mit einem pharmakologischen Wirkstoff für 30 Minuten behandelt;. In allen Fällen ein einzelner Impuls wurde zur Freisetzung von Dopamin in der CPU hervorrufen. (A) Die Anwendung des Dopamin D2-Rezeptor-Agonist, Quinpirol (rote Kurve) vor der Behandlung (schwarze Kurve) verglichen. (B) Methamphetamine Perfusion (lila Linie) vor der Behandlung (schwarze Kurve) verglichen. (C) Die Fähigkeit von brain-derived neurotrophic factor zu beeinflussen Dopamin Dynamik (blaue Kurve) im Vergleich zu vor der Behandlung (schwarze Kurve).
Das Protokoll hier vorgestellten demonstriert, wie die Vorbereitung und Verwendung der Maus koronalen Hirnschnitten für FSCV Experimente. 11 - Diese Methode ist zwar spezifisch für den Erhalt und die Messung Dopamin Dynamik, andere Neurotransmitter wie Adenosin, haben Wasserstoffperoxid, Noradrenalin und Serotonin in vivo oder in vitro mit FSCV 3, 8 überwacht. FSCV können verwendet werden, um einige dieser anderen neurochemicals durch einfache Modifikationen der Wellenform ang...
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Die Förderung des National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA; AA-016967 und AA016967-01S1; TAM), Start der Wayne State University von Fonds und der Wayne State University Research Grant Program. Der Inhalt ist ausschließlich in der Verantwortung der Autoren und repräsentieren nicht die offiziellen Ansichten der NIAAA oder den National Institutes of Health.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name | Firma | CAS-Nummer | |
Reagens | |||
Kaliumchlorid | Fischer | 7447407 | |
Kochsalz | EMD Chemicals | 7647145 | |
Magnesiumchlorid | Fischer | 7791186 | |
Calciumchlorid | Fischer | 10035048 | |
Natriumbicarbonat | EMD Chemicals | 144558 | |
Natriumphosphat, Dibasic | EMD Chemicals | 7558794 | |
D-Glucose | Fischer | 50997 | |
Askorbinsäure | Fischer | 50817 | |
Sucrose | Fischer | 57501 | |
|
| ||
Materialien | Verkäufer | Katalog-Nummer | |
Kohlefaser | Goodfellow Oakdale, PA | ||
Glaskapillare | AM-Systeme Carlsborg WA. | 602000 | |
Silberdraht | A-M-Systeme Carlsborg WA. | 787000 | |
Tungsten Stimulationselektrode | Plastics One, Roanoke, VA | ||
Platindraht | |||
Anschlusskabel | Squires Electronics, Cornelius, OR | ||
Loctite 404 Sekundenkleber | Hankal Corp Rocky Hill CT. | ||
Rasierklinge | World Precision Instruments Inc. FL. | ||
BD Spinalnadel | BD Medical Systems, Franlin Lake, NJ | REF 405234 | |
Chirurgische Klinge | Feather Rasierklingen Co. LTD. Japan | ||
Software | Verkäufer | Katalog-Nummer | |
TH-Software | ESA Inc., Chelmsford, MA | ||
Instrument | Verkäufer | Katalog-Nummer | |
Eintauchen Aufnahme Kammer | Benutzerdefinierte Scientific, Denver, CO | ||
Neorolog Stimulus Isolator | Digitmeter, Hertfordshire, England | ||
Automatische Temperaturregelung | Warner Instrument Corporation | ||
Microscope (SZX7) | Olymp | ||
Mikroskop | Fischer | ||
Vibratom 3000 Schneidesystem | St. Louist, MO. | ||
Perfusionspumpe | Watson Marlow Limited, Falmouth Cornwall - England | H110708 | |
Micropipette puller | Narishige, Tokyo, Japan | ||
ChemClamp Potentiostaten | Dagan Unternehmen, Minneapolis, MN. |
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