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Iontophorèse d'agonistes et des antagonistes de neurones au cours extracellulaire In vivo Enregistrements est un moyen puissant pour manipuler des micro-environnement d'un neurone. Ces manipulations peuvent plus facilement se faire par ferroutage multibarrel électrodes. Nous décrivons ici la façon de les fabriquer et les utiliser pendant les enregistrements sonores.
Enregistrements in vivo des neurones individuels permettent un enquêteur pour examiner les propriétés des neurones, par exemple en réponse à des stimuli sensoriels. Neurones reçoivent généralement plusieurs entrées excitatrices et inhibitrices afférents et / ou efférents qui intègrent les uns aux autres, et les propriétés finales de réponse mesurées du neurone sont entraînés par les intégrations de ces entrées de neurones. Pour étudier traitement de l'information dans les systèmes neuronaux, il est nécessaire de comprendre les différentes entrées d'un neurone ou d'un système nerveux, et les propriétés spécifiques de ces intrants. Une méthode puissante et techniquement relativement simple d'évaluer le rôle fonctionnel de certains intrants qu'un neurone donné reçoit est dynamique et réversible supprimer ou éliminer ces entrées, et de mesurer les variations de la production du neurone causés par cette manipulation. Ceci peut être accompli par pharmacologiquement modifier l'environnement immédiat du neurone avec piggy-back multibarrel électrodes. Ces électrodes sont constituées d'une électrode d'enregistrement à canon unique et une électrode de drogue multibarrel qui peut transporter jusqu'à 4 différents agonistes ou antagonistes synaptiques. Les agents pharmacologiques peut être appliqué par iontophorèse au moment souhaité lors de l'expérience, ce qui permet la livraison contrôlée dans le temps et réversible de reconfigurer les entrées synaptiques. En tant que tel, la manipulation pharmacologique du microenvironnement représente une méthode puissante et inégalée pour tester des hypothèses spécifiques sur le fonctionnement des circuits neuronaux.
Nous décrivons ici comment piggy-back électrodes sont fabriquées et comment elles sont utilisées pendant les expériences in vivo. Le système piggy-back permet à un chercheur de combiner une électrode à canon unique d'enregistrement des biens arbitraire (résistance, etc taille de la pointe forme) avec une électrode de drogue multibarrel. Ceci est un avantage majeur sur une norme multi-électrodes, où tous les canons ont plus ou moins des formes et des propriétés similaires. Multibarrel electrodes ont d'abord été introduit il ya 40 ans 1-3, et ont subi un certain nombre de 2,3 améliorations de conception ce que le type piggy-back a été introduit dans le 4,5 années 1980. Nous présentons ici un ensemble d'améliorations importantes dans la production en laboratoire de ferroutage électrodes qui permettent une pénétration profonde du cerveau dans intacts dans les préparations animales in vivo en raison d'une tige d'électrode relativement mince qui cause des dommages minimes. En outre, ces électrodes sont caractérisées par des enregistrements sonores faibles, et ont de faibles barils résistance aux médicaments pour ionophorèse très efficace des agents pharmacologiques souhaités.
Tirez électrodes de verre
Tirez électrodes de verreModifier Conseils électrodes
Modifier pointes des électrodes. Avant que les deux électrodes peuvent être collées ensembleIls doivent être modifiées. La tige de l'électrode unique doit être plié avant d'être attaché à la multibarrel pour s'assurer que le combiné de l'arbre fini piggy-back électrode est aussi mince que possible. En outre, la pointe de l'électrode doit être multibarrel rompues afin d'assurer une faible résistance pour ionophorèse.Assemblez Piggy-back électrode
Assemblez piggy-back de l'électrode.Préparer des solutions de remplissage pour électrodes
Préparer électrode solutions de remplissage. Depuis iontophorèse nécessite molécules chargées, la plupart des agents doivent être dissous soit dans un environnement acide ou alcalin (généralement unta pH d'environ 3-4, ou un pH d'environ 8-10, respectivement). Un certain nombre de produits chimiques qui sont souvent utilisés en ionophorèse sont énumérés dans le tableau 1. Pour les agents qui ne sont pas répertoriés dans le tableau, déterminer à partir de la valeur du pKa, que ce serait plus facile d'utiliser la molécule dans un milieu acide ou en milieu alcalin pour maintenir la molécule chargée, et se dissolvent en conséquence. Pour de meilleurs résultats, mélangez toutes les solutions frais tous les jours.Remplir et préparer des électrodes
Remplissage et préparation des électrodes. Juste avant d'utiliser l'électrode, remblais chaque baril avec son médicament concerné, à l'aide de fibre de carbone 28 - 34 aiguilles de calibre attachés à des seringues avec des filtres seringues. Remplir les 4 barils extérieures de la configuration 5-canon avec les médicaments de choix, et le canon central avec NaCl 3M comme un baril d'équilibrage. Remplir l'électrode à canon unique d'enregistrement avec NaCl 3M ainsi. Ajout d'un colorant à la solution de NaCl, comme le rouge de phénol vert ou rapide, il sera plus facile de voir la pointe de l'électrodelors de la pose de l'électrode sur la surface du cerveau. Insérer l'électrode dans le porte-électrode de la configuration de l'enregistrement et insérer les fils dans les fûts de verre appropriées. Utilisez un fil isolé d'argent, à environ 1 cm d'isolant a été retiré à la pointe. Il doit y avoir des fils 5 de l'électrode multibarrel (4 barils de médicaments et un baril d'équilibrage), ainsi que le fil de l'amplificateur qui doit être insérée dans le barillet électrode d'enregistrement unique.Allumez Modules pompe iontophorèse
Allumez modules de pompe iontophorèse et tester tous les fûts. La fonction de test d'électrode de chaque module de pompe aidera à déterminer si le canon électrode est fonctionnel. Pour empêcher la fuite des médicaments à partir des fûts lorsqu'il n'est pas utilisé, une tension de maintien de la polarité opposée à celle de la charge molécule doit être appliqué.Dans cette expérience, l'antagoniste du récepteur de la glycine chlorhydrate de strychnine a été appliquée par ionophorèse. Blocage de l'inhibition augmente généralement glycinergique tir dans les neurones. La figure 4 montre un exemple de données neurone auditif dont les réponses aux stimuli sonores sinusoïdales d'intensité croissante livré aux oreilles de l'animal ont été enregistrées. Ce type d'expérience est appelée fonction du neurone taux d'intensité de décharge vs. Sons plus forts entraîné une hausse des taux de spike (courbe noire). Le courant d'iontophorèse initial utilisé lors de cette expérience était de 15 nA. Après que le courant a été mis en marche et les changements dans la fonction d'intensité taux s'est stabilisé à leur nouveau niveau (courbe bleue foncée), le courant d'éjection a été progressivement porté à 30, 45 et 60 nA (orange, vert et bleu lumineux courbes, respectivement). Dans chaque cas, les réponses du neurone sur la même plage d'intensités sonores ont été enregistrés après les changements dans la discharge taux d'intensité en fonction de la réponse en cours d'éjection de nouveau se stabilise. L'éjection la plus appropriée en cours d'utilisation dans cet exemple est de 45 nA à 60 nA parce que ces niveaux de courant plus modifier différemment les réponses du neurone. Ce résultat suggère que à 45 nA de courant, tous les récepteurs de la glycine de ce neurone avait déjà été bloqué par le chlorhydrate de strychnine. Toute augmentation supplémentaire de l'éjection strychnine encore plus actuelle et la libération n'a pas abouti à un nouveau changement de décharge du neurone taux au niveau de la fonction. Après l'achèvement du protocole, le courant d'éjection a été mis hors tension. La reprise des réponses neuronales de retour à l'état initial a été atteint après environ 25 min (ligne rouge). Cela peut prendre, selon le type et la quantité de médicament éjecté, entre quelques secondes et plusieurs dizaines de minutes.
Drogue | Concentration | pH d'une solution | Solvant | Entreprise | Cat. # | Rétention de courant typique | Courants typiques d'éjection |
GABA | 500 mM | 3,5 à 4,0 | dH 2 O | Sigma | A-2129 | -15 NA | 5 nA nA à +100 |
Glycine | 100 mM | 3,5 à 4,0 | dH 2 O | Sigma | G-7126 | -15 NA | 5 nA nA à +100 |
Méthiodide bicuculline | 10 mM | 3,0 | 0,165 M de NaCl dans dH 2 O | Sigma | B-6889 | -15 NA | 5 nA nA à +60 |
Chlorhydrate de strychnine | 10 mM | 3,0 | 0,165 M de NaCl dans dH 2 O | Sigma | S-8753 | -15 NA | 5 nA nA à +80 |
Acide L-glutamique | 500 mM | 8.0 | dH 2 O | Sigma | G-1251 | 30 nA | -10 NA nA à -150 |
Acide L-aspartique | 500 mM | 8.0 | dH 2 O | Sigma | A-8949 | 30 nA | -10 NA nA à -150 |
Acide kaïnique | 1 mM | 9.0 | dH 2 O | Sigma | K-0250 | 30 nA | -10nA à -100 nA |
Tableau 1. Médicaments couramment utilisés, avec un pH de dissolution et de la concentration. Le tableau répertorie les agonistes les plus couramment utilisés synaptiques et les antagonistes utilisés avec l'iontophorèse. L'environnement pH liste des comptes de la nécessité de polariser t es agents, ainsi que les comptes de concentration suggérées pour la variabilité de l'efficacité entre les différents médicaments.
Figure 1. Trois multibarrel pipettes avec des longueurs de pointes différentes. A: La pointe de cette électrode 5-canon a été tiré trop long et mince. Notez que la pointe est tordue et très doux. Ce type de pointe est très difficile de percer au diamètre souhaité. B: La pointe de cette électrode est trop court et trapu. Lorsque avancé dans les zones les plus profondes du cerveau, cette électrode va causer des lésions cérébrales inutile en raison du fait que l'électrode devient relativement épaisse de quelques millimètres à la pointe. C: Un exemple d'une électrode avec une pointe correctement tiré. Tout en étant long et mince, la pointe est encore ferme et ne peut être rompu facilement au diamètre de la pointe souhaitée.
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Figure 2. L'élaboration d'ensemble manipulateur électrode. Ensemble manipulateur est utilisé avec un microscope à assembler les électrodes de ferroutage. Les champs marqués en gris sont des produits disponibles dans le commerce et qui sont énumérés dans le tableau 2. Articles marqués en bleu ont été usinés sur mesure à un atelier d'usinage de notre institution. Ils sont 1) 1/4 de pouce à plaques en acier de taille 43x26 cm avec des trous pour l'étape Newport 423 percés dans le selon le schéma de perçage fourni par Newport, 2) une étape d'inclinaison qui permet de basculement de l'ensemble des angles arbitraires, 3) une connecteur qui se monte le porte-électrode à l'étage supérieur de translation.
Figure 3. Photo d'un échantillon piggy-back de l'électrode. Un fini 5-baril électrode assemblés avec un enregistrement à canon unique electrode. Notez arbre long d'environ 7 mm permettant un enregistrement profondes du cerveau.
Figure 4. Titrage des courants d'éjection. Le graphique montre le taux d'intensité fonctions enregistrées à partir d'un neurone auditif unique, tout oreilles de l'animal ont été stimulées avec des tons de différentes intensités. Sons plus forts ont eu tendance à susciter des taux de combustion plus élevés. Avant l'application de drogue, le taux d'intensité du neurone fonction a montré les tarifs les plus bas spike (courbe noire). Courants d'éjection progressive des niveaux progressivement plus bloqué récepteurs de la glycine au neurone, des taux de combustion plus en plus élevés. L'éjection optimale actuelle dans ce neurone était nA 45-60. Avec ces courants d'éjection, un blocage complet de tous les récepteurs de la glycine du neurone a été atteint. Après l'achèvement du protocole expérimental, l'ionophorèse a été résilié et le neurone a été autorisé àrécupérer. Le rétablissement complet a été atteint lorsque le taux de recouvrement intensité fonction correspondait à la fonction de récupération initiale de pré-drogue. Reproduit avec la permission de l'American Physiological Society, de Klug et al, 1995.
On décrit une technique qui permet la manipulation de micro-circuit d'un seul neurone in vivo, tout en permettant en même temps l'enregistrement de la réponse du neurone durant la manipulation expérimentale. Les circuits neuronaux sont manipulés par l'application iontophoretical des agonistes et des antagonistes synaptiques. Le principal avantage de la ionophorèse sur pression d'éjection est que iontophorèse ne nécessite pas le déplacement physique du fluide de l'électrode dans le tissu nerveux, et il n'y a donc aucun souci de causer des dommages aux tissus par la pression appliquée ou du volume de fluide. La principale limite de cette technique est le manque d'informations sur la concentration du médicament dans le tissu absolue, et le volume des tissus affectés. Toutefois, étant donné les quantités d'agents pharmacologiques éjectés avec ionophorèse sont beaucoup plus petits et beaucoup plus précisément contrôlable que par pression d'éjection, la reprise de la demande de drogue est généralement beaucoup plus rapide d'und beaucoup plus complet. Microiontophorèse a été utilisé avec succès dans un certain nombre de systèmes de neurones sensoriels, et d'autres, et il est appliqué avec succès dans la plupart des régions du cerveau avec le traitement intrinsèque faible ou nulle. La raison en est que certains de l'agent pharmacologique éjecté peut diffuser à partir du site d'application à un neurone voisin et aussi manipuler les propriétés de réponse du neurone voisin.
La fabrication séparée des électrodes uniques et multiples canon permet la combinaison d'électrodes ayant des propriétés arbitraires et non reliés. Tirer barils électrodes ensemble et avec d'autres pour l'enregistrement et certains à des fins d'ionophorèse produirait pointes des électrodes avec des propriétés très similaires, de sorte que les pointes des électrodes serait soit trop grand pour l'enregistrement unicellulaire, ou trop petit pour une demande de drogue. De plus, ayant au bout du canon unique au-delà des pointes des électrodes multibarrel d'environ 20 micromètres réduit considérablement le bruit dans les enregistrements, uned élimine de confusion possibles effets actuels à partir des courants de rétention ou d'éjection de tir du neurone 3.
Piggy-back multibarrel électrodes ont d'abord été décrite il ya 30 ans 4-6 et ont été utilisés avec succès pour disséquer les circuits neuronaux 7-18 19-29. Ainsi, la méthode en soi n'est pas nouveau ou unique. Toutefois, les détails particuliers de la préparation et de l'utilisation d'électrodes ont été modifiées au fil des ans, et l'ensemble des instructions décrites ici s'est avérée particulièrement facile et efficace, et n'a pas été publié ailleurs en détail dans la littérature. En particulier, la courbure de la pointe de l'électrode à canon unique permet à la pointe de l'électrode finale piggy-back pour être relativement mince (figure 3) et, par conséquent, permet des enregistrements de noyaux profonds avec un minimum de dommages au cerveau, la saillie du seul baril électrode sur l'électrode multi-corps élimine pratiquement toutes monnaiest effets, qui ont été souvent cité comme un inconvénient de la technique 3. De nouveaux détails ici présentée comme ayant l'extrémité d'électrode dirigée vers le haut pendant le processus de collage et de repos du cylindre unique dans la rainure de l'électrode multibarrel assurera un fort taux de réussite lors de la production de ferroutage électrodes. La technique est relativement simple et peut généralement être maîtrisé par un novice en quelques jours.
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Le travail a été soutenu par R01 DC 011582 (AK) et RO1 DC011555 (DJT).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom de l'élément | Fabricant | Commenter | Cat. # |
Bec Bunsen | Disponible à partir de: VWR | 17928-027 | |
Deux composants du ciment dentaire: "Cold guérir" matériau dentaire | Co-oral-ite Dental Mfg Co | Disponible à partir de: Systèmes d'AM, Inc | 525000 |
Deux composants du ciment dentaire: Prothèse matériau liquide composé de réticulation | Co-oral-ite Dental Mfg Co | Disponible à partir de: Systèmes d'AM, Inc | 525000 |
La colle liquide | Henkel | Disponible à partir de: colle Loctite savoir | 01-06849 |
Un micro-iontophorèseil: Neurophore BH-2 | Harvard Apparatus | Disponible à partir de: Harvard Apparatus | 65-0200 65-0203 & |
Fil d'argent isolé | AM-Systems | Disponible à partir de: AM-Systems | 785500 |
Extracteur horizontal | Zeitz DMZ-Universal Puller | Disponible à partir de: AutoMate scientifique | NA |
Micro-manipulateur pièces: porte-électrode | WPI | Disponible à partir de: WPI | M3301EH |
Micro-manipulateur pièces: stade linéaire | Newport 423 Series | Disponible à partir de: Newport | 423 |
Micro-manipulateur pièces: platine de rotation | Newport RSP-2 | Disponible à partir de:Newport | RSP-2 |
Micro-manipulateur pièces: traduction z | Newport 433 Series | Disponible à partir de: Newport | 433 |
Micro-manipulateur pièces: équerre de 90 ° à assembler et z axe xy | Newport 360-90 | Disponible à partir de: Newport | 360-90 |
Micro-manipulateur pièces: traduction x / linéaire stade | Newport 423 Series | Disponible à partir de: Newport | 423 |
Micro-manipulateur pièces: traduction y / linéaire stade | Newport 423 | Disponible à partir du: Série Newport | 423 |
Microscope | Leitz Laborlux 11 | ||
Microscope: objectif | Leitz Wetzlar 10x, NA 0.25 | 519760 | |
Microscope: eypieces | Leitz Wetzlar, PERIPLAN 10x/18 | 519748 | |
Microscope: stade | Leitz Wetzlar | 513544 | |
Multibarrel capillaire | N / A | Disponible à partir de: systèmes AM, Inc | 612000 |
Sinlge baril capillaire (GC 150F-10) | Harvard Apparatus | Disponible à partir de: Harvard Apparatus | 30-0057 |
Extracteur vertical | Narishige modèle PE-2 | ||
Personnalisées éléments ou faits sur le manipulateur Micro-(b marquée lumièrelue dans la Figure 1) | |||
plaque d'acier | |||
fond basculant | |||
fixation pour porte-électrode | |||
Fabricants Tableau 2. Numéros d'article et de tout l'équipement et les fournitures utilisés dans la procédure. |
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