In Vitro Wedge Slice Preparación para imitar la conectividad del circuito neuronal In Vivo

Resumen

La integración de diversas entradas sinápticas a las neuronas se mide mejor en una preparación que preserva todos los núcleos presinápticos para la sincronización natural y la plasticidad del circuito, pero las rebanadas cerebrales suelen cortar muchas conexiones. Desarrollamos una rebanada cerebral modificada para imitar la actividad del circuito in vivo mientras mantenemos la capacidad de experimentación in vitro.

Resumen

Las técnicas de electrofisiología de rebanadas in vitro miden la actividad de una sola célula con una resolución eléctrica y temporal precisa. Las rebanadas cerebrales deben ser relativamente delgadas para visualizar y acceder adecuadamente a las neuronas para la sujeción de parches o imágenes, y el examen in vitro de los circuitos cerebrales se limita sólo a lo que está físicamente presente en la rebanada aguda. Para mantener los beneficios de la experimentación in vitro en rodajas conservando al mismo tiempo una porción más grande de núcleos presinápticos, desarrollamos una nueva preparación de la rebanada. Esta "rebanada de cuña" fue diseñada para grabaciones electrofisiología de parches-pinza para caracterizar las diversas entradas monoaurales impulsadas por sonido a las neuronas olivocochlear medial (MOC) en el tronco cerebral. Estas neuronas reciben sus entradas excitatorias e inhibitorias aferentes primarias de las neuronas activadas por estímulos en el oído contralateral y el núcleo coclear correspondiente (CN). Se diseñó una rebanada cerebral asimétrica que es más gruesa en el dominio rostro-caudal en el borde lateral de un hemisferio y luego se adelgaza hacia el borde lateral del hemisferio opuesto. Esta rebanada contiene, en el lado grueso, la raíz nerviosa auditiva que transmite información sobre los estímulos auditivos al cerebro, el circuito NC intrínseco, y tanto el excitatorio disynaptic y trisináptica inhibitorio aferente vías que convergen en las neuronas MOC contralaterales. La grabación se realiza a partir de neuronas MOC en el lado delgado de la rebanada, donde se visualizan utilizando óptica DIC para experimentos típicos de abrazadera de parche. La estimulación directa del nervio auditivo se realiza al entrar en el tronco cerebral auditivo, lo que permite que la actividad intrínseca del circuito CN y la plasticidad sináptica se produzcan en las sinapsis aguas arriba de las neuronas MOC. Con esta técnica, se puede imitar la activación del circuito in vivo lo más cerca posible dentro de la rebanada. Esta preparación de la rebanada de cuña es aplicable a otros circuitos cerebrales donde los análisis de circuitos se beneficiarían de la preservación de la conectividad aguas arriba y las entradas de largo alcance, en combinación con las ventajas técnicas de la fisiología in vitro de las rebanadas.

Introducción

La observación de la actividad de los circuitos neuronales se realiza idealmente con entradas sensoriales nativas y retroalimentación, y conectividad intacta entre las regiones cerebrales, in vivo. Sin embargo, la realización de experimentos que dan resolución de una sola célula de la función del circuito neural todavía está limitada por desafíos técnicos en el cerebro intacto. Mientras que la electrofisiología extracelular in vivo o los métodos de imagen multifoton se pueden utilizar para investigar la actividad en sistemas nerviosos intactos, interpretar cómo diferentes entradas integran o miden las entradas sinápticas de subtrasinas sigue siendo difícil. Las grabac....

Protocolo

Todos los procedimientos experimentales fueron aprobados por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares/Instituto Nacional sobre Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación Comité de Cuidado y Uso Animal.

1. Preparaciones experimentales

NOTA: Los detalles relativos a la preparación de la rebanada, incluyendo la solución de corte, la temperatura de corte, la temperatura de incubación de rodajas y el aparato (etc.) son específicos para la preparación del tronco encefálico realizado en este experimento. Los detalles de incubación de rebanadas se pueden alterar por experiencia de ....

Resultados

Examen histológico de la rodaja de cuña
Para nuestra investigación de la función de la neurona del tronco encefálica auditiva, la preparación de la rebanada de cuña fue diseñada para contener la raíz nerviosa auditiva y la NC contralateral a las neuronas MOC dirigidas a las grabaciones (ejemplo de sector mostrado en la Figura 1B). El examen histológico inicial de la preparación es importante para confirmar que la rebanada contiene los núcleos necesarios para l.......

Discusión

El procedimiento de corte descrito aquí llamado una rebanada de cuña es potente para mantener intacta el circuito neuronal presináptico, pero con la accesibilidad de la experimentación de la rebanada cerebral para el análisis de la función neuronal. Se debe tener mucho cuidado en varios pasos iniciales con el fin de maximizar la utilidad de la preparación para el análisis de circuitos. Las dimensiones de la cuña deben confirmarse mediante el examen histológico, que es fundamental para la confirmación de que ta.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Experimental Preparations
Agar, powder	Fisher Scientific	BP1423500	4% agar block used to stabilize brain tissue during vibratome sectioning
AlexaFluor Hydrazide 488	Invitrogen	A10436	Fluorophore used in internal solution to confirm successful MOC neuron patch
Analytical Balance	Geneses Scientific (Intramalls)	AV114	Weighing chemicals
Double edged razor blade	Ted Pella	121-6	Vibratome cutting blade
Kynurenic acid (5g)	Sigma Aldrich	K3375-5G	Slicing ACSF additive used to reduce neuron activity during dissection and slicing in order to improve tissue health for patch clamping
pH Meter	Fisher Scientific (Intramalls)	13-620-451	Solution pH tester
Plastic petri dishes 100mm dia X 20mm	Fisher Scientific (Intramalls)	12-556-002	4% Agar Prep
Stirring Hotplate	Fisher Scientific (Intramalls)	11-500-150	Heating for 4% Agar preparation
Dissection and Slicing
Biocytin	Sigma Aldrich	B4261-250MG	Chemical used for axonal tracing (conjugated to Streptavidin 488)
Dissecting Microscope	Amscope	SM-1BN	For precision dissection during brain removal
Dumont #5 Forceps	Fine Science Tools	11252-20	Fine forceps dissection tool
Economy tweezers #3	WPI	501976	Forceps dissection tool
Glass Petri Dish 150mm dia x 15mm H	Fisher Scientific (Intramalls)	08-747E	Dissection dish
Interface paper (203 X 254mm PCTE Membrane 10um)	Thomas Scientific	1220823	Slice incubation/biocytin application
Leica VT1200S Vibratome	Leica	1491200S001	Vibratome for wedge slice sectioning
Mayo scissors	Roboz	RS-6872	Dissection tool
Single-edged carbon steel blades	Fisher Scientific (Intramalls)	12-640	Razor blade for dissection
Specimen disc, orienting	Leica	14048142068	Specialized vibratome stage for reproducible tilting
Spoonula	FisherSci	14-375-10	Dissection tool
Super Glue	Newegg	15187	Used for glueing tissue to vibratome stage
Vannas Spring Scissors	Fine Science Tools	91500-09	Dissection tool
Electrophysiology
A1R Upright Confocal Microscope	Nikon Instruments		Electrophysiology and imaging microscope, can be any microscope compatible with electrophysiology
Electrode Borosilicate glass w/ Filament OD 1.5mm, ID 1.1mm, 10 cm long	Sutter Instrument	BF150-110-10	Patch clamping pipette glass
Electrode Filler MicroFil	WPI	CMF20G	Patch electrode pipette filler
In-line solution heater	Warner Instruments (GSAdvantage)	SH-27B	Slice perfusion system heater
Multi-Micromanipulator Systems	Sutter Intruments	MPC-200 with MP285	Micromanipulators for patch clamp and stimulation electrode placement
P-1000 horizontal pipette puller for glass micropipettes	Sutter instruments	FG-P1000	Patch clamp pipetter puller
Patch-clamp amplifier and Software	HEKA	EPC-10 / Patchmaster Next	Can be any amplifier/software
Recording Chamber	Warner Instruments	RC26G	Slice "bath" during recording
Recording Chamber Harp	Warner Instruments	640253	Stablizes slice during electrophysiology recording
Slice Incubation Chamber	Custom Build		Heated, oxygenated holding chamber for slices during recovery after slicing
Stimulus isolation unit	A.M.P.I.	Iso-Flex	Stimulus isolation unit for electrophysiology
Syringe 60CC	Fischer Scientific (Intramalls)	14-820-11	Electrophysiology perfusion fluid handling
Temperature controller	Warner Instruments (GSAdvantage)	TC-324C	Slice perfusion system temperature controller
Tubing 1/8 OD 1/16 ID	Fischer Scientific (Intramalls)	14-171-129	Electrophysiology perfusion fluid handling
Tugsten concentric bipolar microelectrode	WPI	TM33CCINS	Stimulating electrode for electrophysiology
Histology
24 well Plate	Fisher Scientific (Intramalls)	12-556006	Histology slice collection and immunostaining
Alexa Fluor 488 Streptavidin	Jackson Immuno labs	016-540-084	Secondary antibody for biocytin visualization
Corning Orbital Shaker	Sigma	CLS6780FP	Shaker for immunohistochemistry agitation
Cresyl Violet Acetate	Sigma Aldrich (Intramalls)	C5042-10G	Cellular stain for histology
Disposable Microtome Blades	Fisher Scientific	22-210-052	Sliding microtome blade
Filter-syringe Nalgene 4mm Cellulose Acetate 0.2um	Fisher Scientific (Intramalls)	09-740-34A	Syringe filter for filling recording pipettes with internal solution
Fluoromount-G Slide Mounting Medium	Fisher Scientific	OB100-01	Immunohistochemistry fluorescence mounting medium
glass slide staining dish with rack	Fisher Scientific (Intramalls)	08-812	Cresyl Violet staining chamber
Microm HM450 Sliding Microtome	ThermoFisher	910020	Freezing microtome for histology
Microscope Cover Glasses: Rectangles 50mm X 24mm	Fisher Scientific (Intramalls)	12-543D	Histochemistry slide cover glass
Permount mounting medium	Fisher Scientific	SP15-100	Cresyl violet section mounting medium
Superfrost Slides	Fisher Scientific	22-034980	Histology slides