Hochwertige anfallsähnliche Aktivität aus akuten Hirnschnitten unter Verwendung eines komplementären Metalloxid-Halbleiter-Mikroelektrodenarray-Systems mit hoher Dichte

Zusammenfassung

Hier skizzieren wir ein Protokoll für die Verwendung komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Mikroelektroden-Array-Systeme mit hoher Dichte (CMOS-HD-MEAs) zur Aufzeichnung anfallsähnlicher Aktivität aus ex vivo Hirnschnitten.

Zusammenfassung

Komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-High-Density-Mikroelektroden-Array-Systeme (CMOS-HD-MEA) können die neurophysiologische Aktivität von Zellkulturen und Ex-vivo-Hirnschnitten in bisher unerreichter elektrophysiologischer Detailgenauigkeit aufzeichnen. CMOS-HD-MEAs wurden zunächst optimiert, um die Aktivität hochwertiger neuronaler Einheiten aus Zellkulturen aufzuzeichnen, es wurde aber auch gezeigt, dass sie qualitativ hochwertige Daten aus akuten Netzhaut- und Kleinhirnschnitten liefern. Forscher haben kürzlich CMOS-HD-MEAs verwendet, um lokale Feldpotentiale (LFPs) von akuten, kortikalen Nagetier-Hirnschnitten aufzuzeichnen. Ein LFP von Interesse ist die anfallsähnliche Aktivität. Während viele Anwender kurze, spontane epileptiforme Entladungen mit CMOS-HD-MEAs erzeugt haben, erzeugen nur wenige Anwender zuverlässig eine qualitativ hochwertige anfallsähnliche Aktivität. Viele Faktoren können zu dieser Schwierigkeit beitragen, darunter elektrisches Rauschen, die inkonsistente Art der Erzeugung anfallsähnlicher Aktivität bei der Verwendung von untergetauchten Aufnahmekammern und die Einschränkung, dass 2D-CMOS-MEA-Chips nur von der Oberfläche der Gehirnscheibe aufzeichnen. Die in diesem Protokoll beschriebenen Techniken sollten es den Benutzern ermöglichen, mit einem CMOS-HD-MEA-System konsistent eine qualitativ hochwertige anfallsähnliche Aktivität aus akuten Hirnschnitten zu induzieren und aufzuzeichnen. Darüber hinaus beschreibt dieses Protokoll die richtige Behandlung von CMOS-HD-MEA-Chips, das Management von Lösungen und Gehirnschnitten während des Experimentierens sowie die Wartung der Geräte.

Einleitung

Kommerziell erhältliche HD-MEA-Systeme (High-Density Microelectrode Array), die einen MEA-Chip mit Tausenden von Aufzeichnungspunkten ^1,2 und eine MEA-Plattform zur Verstärkung und Digitalisierung der Daten umfassen, sind ein aufstrebendes Werkzeug für die elektrophysiologische Forschung. Diese HD-MEA-Systeme verwenden die komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Technologie (CMOS), um elektrophysiologische Daten aus Zellkulturen und ex vivo Hirnschnittpräparaten mit hoher Empfindlichkeit aufzuzeichnen. Diese MEA-Systeme bieten eine beispiellose räumliche und zeitliche Auf....

Protokoll

Verfahren mit Mäusen wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) an der Brigham-Young-Universität genehmigt. In den folgenden Experimenten wurden männliche und weibliche (n = 8) C57BL/6-Mäuse im Alter von mindestens P21 verwendet.

Abbildung 1: Schematische Darstellung von CMOS-HD-MEA-Experimenten. (A) Der Hirnschnitt wird mit der von einem bevorzugten Schnittmet....

Diskussion

Dieses Protokoll enthält spezifische Richtlinien für das Management von akuten Hirnschnitten, die sich mit häufigen Problemen befassen, mit denen CMOS-HD-MEA-Benutzer konfrontiert sind, nämlich die Geräuschentwicklung unter dem Hirnschnitt und die Aufrechterhaltung einer gesunden Umgebung für den Hirnschnitt. Die Rauschentwicklung unter dem Slice tritt auf, wenn der Slice nicht ordnungsgemäß am Array befestigt ist. Wird die Hirnscheibe nicht ausreichend verklebt, können sich unt.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
2D Workbench	Cloudray	LM04CLLD26B
4-Aminopyridine	Sigma-Aldrich	275875
Accura Chip	3Brain	Accura HD-MEA	CMOS-HD-MEA chip
Agarose	Thermo Fisher Scientific	BP160-100
Vibration isolation table	Kinetic Systems	91010124
Beaker for the slice holding chamber, 270 mL	VWR	10754-772
BioCam	3Brain	BioCAM DupleX	CMOS-HD-MEA platform
Brainwave Software	3Brain	Version 4	CMOS-HD-MEA software
Calcium Chloride	Thermo Fisher Scientific	BP510-500
Carbogen	Airgas	X02OX95C2003102
Carbogen	Airgas	12005
Carbogen Stones	Supelco	59277
Compresstome	Precissionary	VF-300-0Z
Computer	Dell	Precission3650
Crocodile Clip Grounding Cables	JWQIDI	B06WGZG17W
Detergent	Metrex	10-4100-0000
D-Glucose	Macron Fine Chemicals	4912-12
Dihydrogen Sodium Phosphate	Thermo Fisher Scientific	BP329-500
DinoCam	Dino-Lite	AM73915MZTL
Ethanol	Thermo Fisher Scientific	A407P-4
Forceps	Fine Science Tools	11980-13
Hot plate	Thermo Fisher Scientific	SP88857200
Ice Machine	Hoshizaki	F801MWH
Inflow and outflow needles	Jensen Global	JG 18-3.0X
Inline Solution Heater	Warner Instruments	SH-27B
Isofluorine	Dechra	08PB-STE22002-0122
Kim Wipes	Thermo Fisher Scientific	06-666
Magnesium Chloride	Thermo Fisher Scientific	FLM33500
Micropipets	Gilson	F144069
Mili-Q Water Filter	Mili-Q	ZR0Q008WW
Paintbrush	Daler Rowney	AF85 Round: 0
Paper Filter	Whatman	EW-06648-24
Parafilm	American National Can	PM996
Perfusion System	Multi Channel System	PPS2
Pipetor	Thermo Fisher Scientific	FB14955202
Platinum Harp	3Brain	3Brain
Potassium Chloride	Thermo Fisher Scientific	P330-3
Razor blade	Personna	BP9020
Scale	Metter Toledo	AB204
Scissors	Solingen	92008
Slice Holding Chamber	Custom	Custom	Custom 3D Printer Design, available upon request
Sodium Bicarbonate	Macron Fine Chemicals	7412-06
Sodium Chloride	Thermo Fisher Scientific	S271-3
Temperature Control Box	Warner Instruments	TC344B
Transfer Pipettes	Genesee Scientific	30-200
Tubing	Tygon	B-44-3 TPE
Vibratome VZ-300	Precissionary	VF-00-VM-NC
Weigh Boat	Electron Microscopy Sciences	70040