A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
שימוש מהיר סריקה מחזורית voltammetry למדוד עורר חשמלית הדינמיקה דופמין presynaptic ב striatal פרוסות המוח.
מחקר מקיף התמקדה הנוירוטרנסמיטר דופמין בגלל חשיבותו מנגנון הפעולה של תרופות של התעללות (קוקאין למשל אמפטמין ו), תפקיד אותו ממלא מחלות פסיכיאטריות (לדוגמא סכיזופרניה הפרעת קשב והיפראקטיביות), ואת מעורבותה ניוונית מחלות כמו פרקינסון מחלת הנטינגטון. בתנאים פיסיולוגיים נורמליים, דופמין ידוע להסדיר פעילות הקוגניציה של תנועה, למידה, להשפיע רגשית, הפרשת הורמון נוירואנדוקריניים. אחד צפיפות הגדולה של נוירונים דופאמין בתוך בסטריאטום, אשר ניתן לחלק לשני אזורים נפרדים neuroanatomical המכונה גרעין האקומבנס ו-caudate putamen. המטרה היא להדגים פרוטוקול כללי voltammetry מהיר סריקה מחזורית פרוסה (FSCV) בתוך בסטריאטום העכבר. FSCV היא טכניקה מוגדרת היטב אלקטרוכימיים מתן הזדמנות למדוד שחרור דופאמין ספיגת בזמן אמת דiscrete אזורים במוח. סיבי פחמן microelectrodes (בקוטר של כ 7 מיקרומטר) משמשים FSCV לזהות חמצון דופאמין. היתרון של שימוש FSCV אנליטיים לזהות דופמין הוא ברזולוציה הטמפורלית משופרת של 100 אלפיות ו ברזולוציה מרחבית של פחות מעשרה מיקרונים, מתן מידע משלים ב microdialysis vivo.
1. ניסויית יסודות
אלקטרודה ייצור
הפתרון הכנה
שלושה סוגים של והנוזל מלאכותיbrospinal נוזל (aCSF) הפתרונות צריכים להיות מוכנים מראש, הכל מים (18 MΩ ס"מ) ultrapure.
אלקטרודה כיול
2. פורסים הכנה
3. הקלטות Voltammetric מ פרוסות
בעוד פרוסות הם דוגרים, חדר הקלטה פרוסה יכול להיות מוכן.
4. ניתוח נתונים
עקבות הנוכחי לעומת זמן המתקבל כתוצאה פרוסה ניתן להתאים על ידי רגרסיה ליניארית לקבוצה של מיכאליס-Menten משוואות מבוסס, כפי שתואר על ידי Wightmanועמיתים תוכנה שנכתב LabVIEW (National Instruments, אוסטין, טקסס) 4-6. ב תוכנה זו, עקבות הנוכחי לעומת הזמן ניתן להתאים על ידי שינוי שני פרמטרים, V max (ננומטר / s; המקביל לשיעור של ספיגת ידי טרנספורטר דופאמין כמו שהפגינו בשלב יורד של עקבות) וריכוז דופמין לכל הדופק (ננומטר ; המקביל למקסימום גובה שיא). ערך מ 'ק', משקף את הזיקה של דופמין עבור טרנספורטר דופאמין, מוגדר 160 ננומטר לא השתנה. לאחר כיול של האלקטרודה גורם נקבעת לאחר הניסוי נדרש לפני הולם. תוכנת LabVIEW מכיל מקדם הקביעה (R 2) פרמטר כדי לקבוע מטיב ההתאמה (R 2 ערכים> 0.8 משמשים).
5. נציג תוצאות
FSCV שימש כדי לבחון יחיד הדופק, שחרור הדופמין גירוי חשמלי ספיגת ב-caudate לשיםאמן (CPU), גרעין האקומבנס (NAC) הליבה, NAC פגז בעכברים. תוצאות נציג שמוצג באיור 1A להפגין מגרשים הנוכחי (או ריכוז) לעומת הזמן. החץ האדום מציין כאשר גירוי חשמלי מוחל על הפרוסה ואחריו עלייה מקבילה בהיקף של הנוכחי לייחס שינויים בריכוז הדופמין ב microelectrode סיבי פחמן. התהליך השולט במהלך גירוי חשמלי היא שחרור דופאמין, אך תהליכים אחרים כגון ספיגת ודיפוזיה לתרום שיא הגובה הכולל נצפתה גם כן. השלב היורד מפסגת מיוחסת בעיקר ספיגה חוזרת של נוירוטרנסמיטרים על ידי טרנספורטר מאז גירוי עצבי הופסק 7. עם זאת, ריקבון השיא אינה מוגבלת ספיגה חוזרת, כמו הדיפוזיה ואת חילוף החומרים גם לתרום לירידה הנוכחית. זה כבר הניחו כי מאז סרגל הזמן של מדידות אלקטרו היא עניין של שניות, הוא FSCV מהר מדי כדי למדוד contributions מן המטבוליזם 7. אלה עקבות הנוכחי לעומת הזמן, ציר y מומר ריכוז (מיקרומטר) באמצעות גורם שלאחר ניסוי כיול. הבלעה עבור איור 1 א הרקע מופחתים בהתאמה voltammograms מחזורית עבור עקבות הנוכחי לעומת הזמן. שרטוט הנוכחית נמדד (ציר y) כנגד הפוטנציאל להחיל האלקטרודה (ציר x), דופמין מזוהה באופן כימי עם שיא חמצון שנצפה 0.6 V ו לשיא הפחתה המקביל quinone-Ortho דופמין הוא ציין ב - 0.2 V לעומת אלקטרודת Ag / AgCl התייחסות. הייצוג השלישי של נתוני משתמש תלת מימדי פסאודו צבע העלילה (1B איור) שילוב של מידע משני עקבות הנוכחי לעומת הזמן ואת voltammogram מחזורית כדי ליצור עלילה אחת. בעלילה צבע פסאודו נציג, הזמן הוא להתוות שניות לאורך ציר ה-x, מתח להחיל microelectrode סיבי פחמן הוא עובד בגרף לאורך ציר ה-Y, ו הנוכחי מיוצג false צבע לאורך ציר ה-z. בשל גודלו הקטן של סיבי פחמן microelectrodes (~ 7 מיקרומטר קוטר), הדינמיקה דופמין גירוי חשמלי ניתן להבחין באזורים אנטומיים נפרדים של בסטריאטום (CPU מול NAC הליבה מול NAC פגז; איור 2).
היתרון של שימוש פרוסות העטרה striatal היא שזה מבטל תרומות הגופים תא דופמין, ומאפשרת חקירה של דינמיקה דופמין presynaptic. השליטה Presynaptic שחרור דופאמין ספיגת אינה מוגבלת אך ורק autoreceptor דופמין או פונקציות טרנספורטר כפי שאחרים הראו 16, 17. Heteroreceptors של מערכות אחרות גם לווסת את הנוירוטרנסמיטר דופמין הדינמיקה 18, 19. עקבות הנציג הנוכחי לעומת הזמן שמוצג באיור 3A להוכיח שכאשר מטופלים עם פרוסות 1 מיקרומטר quinpirole (D2/D3 אגוניסט קולטן) במשך 30 דקות, ירידה שחרור הדופמין חשמלית עורר הוא ציין. מצד שני, כאשר המצעעבור טרנספורטר דופאמין, כמו מתאמפטמין, הוא perfused על הפרוסה במשך 30 דקות, אין הבדל לשחרור דופמין הוא ציין (איור 3B). ריקבון השיא מוסט ימינה, אשר מזוהה בדרך כלל עם שינויים קינטיקה טרנספורטר דופאמין (K מ ') 3. לבסוף, איור 3C הוא זכר נציג עקבות הנוכחית לעומת פעם אחת את הפרוסה כבר שטוף 100 ng / mL שמקורם במוח פתרון neurotrophic (BDNF) פקטור, אשר כבר שיערו להשפיע על שחרור דופאמין הדינמיקה 20, 21. מ זכר זה מייצג, ניתן לראות כי BDNF יש את היכולת לשפר את שחרור הדופמין חשמלית מעוררים. יחדיו, אלה טיפולים תרופתיים להדגיש את התועלת של FSCV לחקור את הדינמיקה דופאמין בתוך בסטריאטום.
המגבלה העיקרית של שימוש פרוסות המוח לחקור את הדינמיקה דופמין presynaptic ידי FSCV היא neurocircuitry מהמוח שלם הולך לאיבוד.עם FSCV פרוסה אי אפשר לחקור את ההשפעות של נוירוטרנסמיטרים מאזורים אחרים במוח, ולכן קשה להבין את תרומתם של מערכות אלה על הפונקציונליות של האזור הנחקר (כגון הסטריאטום) או להעריך את רמות הדופמין לא מגורה. עם זאת, ההתקדמות הטכנית האחרונות FSCV אפשרה למדידות חולף דופמין (עם או בלי גירוי חשמלי) בתוך נע בחופשיות חולדות בתגובה ממשל עצמי תרופתי, מניפולציה, או חידוש 22-24. בסך הכל, פרוסה FSCV מספק מידע רב ערך על הדינמיקה דופמין presynaptic, צימוד FSCV תוצאות פרוסה טכניקות neurochemical משלימים כגון microdialysis, electrophysiology, ו / או לנוע בחופשיות FSCV מציע מבט מקיף יותר של תפקוד עצבי במוח.
באיור 1. חשמלית, עורר dopaminשחרור דואר שנמדדו באמצעות גירוי FSCV הבאים הדופק יחיד בתוך פרוסות CPU הגב מעכברים C57Bl/6J. (א) ריכוז לעומת עקבות הזמן שבו שחרור הדופמין היה עורר על ידי הדופק יחיד (חץ אדום). כוכבית אחת מייצג את הגורמים שתורמים לעליית ריכוז, שהיא בעיקר שחרור דופאמין, אך ספיגת ודיפוזיה גם לתרום. כוכבית כפול מייצג את האות לשיא לחזור המחקר, בעיקר בשל ספיגת אלא גם תורם דיפוזיה. הבלעה מציגה את voltammograms מחזורית המקביל. (ב) צבע נציג מגרשים מן הזמן להציג הגב CPU (ציר x), להחיל פוטנציאל microelectrode סיבי פחמן לעומת אלקטרודת Ag / AgCl הפניה (ציר y), ואת הנוכחי צבע מדומה.
2. איור דופמין לשחרר עורר על ידי הדופק גירוי חשמלי יחיד (מסומן בחץ אדום) בליבת NACופצצות מעכברים C57Bl/6J. (A ו-C) ריכוז לעומת עקבות הזמן voltammograms המתאימים מחזורית (הבלעה) מן הליבה NAC ופצצות. (B ו-D) כפי שתואר קודם לכן, חלקות בצבע נציג הליבה NAC ופצצות.
איור 3 עקבות נציג אחרי הפרוסה טופל עם סוכן תרופתי במשך 30 דקות. בכל המקרים, דופק יחיד שימש לעורר שחרור הדופמין המעבד. (א) בקשה של אגוניסט קולטן דופמין D2, quinpirole (אדום זכר) בהשוואה לטיפול טרום (זכר שחור). (ב) זלוף מתאמפטמין (זכר סגול) בהשוואה לטיפול טרום (זכר שחור). (ג) היכולת של המוח גורם הנגזרות neurotrophic להשפיע על הדינמיקה דופמין (כחול זכר) בהשוואה לטיפול טרום (זכר שחור).
הפרוטוקול המובא כאן מדגים כיצד להכין ולהשתמש העטרה עכבר פרוסות המוח לניסויים FSCV. אמנם שיטה זו היא ספציפית קבלת ומדידת הדינמיקה דופמין, נוירוטרנסמיטרים אחרים כמו אדנוזין, מי חמצן, נוראדרנלין, וסרוטונין להיות במעקב in vivo או במבחנה עם 3 FSCV, 8 - 11. FSCV ניתן להש...
אין ניגודי אינטרסים הכריז.
במימון המכון הלאומי על אלכוהול התעללות ועל אלכוהוליזם (NIAAA; AA-016967 ו AA016967-01S1: TAM), וויין סטייט להתחיל כספים, ויין סטייט תוכנית המחקר גרנט. התוכן הוא באחריות הבלעדית של המחברים ואינו מייצג את הדעות הרשמיות של NIAAA או מכוני הבריאות הלאומיים.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם | חברה | מספר CAS | |
מגיב | |||
אשלגן כלוריד | דיג | 7447407 | |
נתרן כלורי | EMD כימיקלים | 7647145 | |
מגנזיום כלוריד | דיג | 7791186 | |
סידן כלוריד | דיג | 10035048 | |
סודיום ביקרבונט | EMD כימיקלים | 144558 | |
פוספט נתרן, Dibasic | EMD כימיתs | 7558794 | |
D-גלוקוז | דיג | 50997 | |
חומצה אסקורבית | דיג | 50817 | |
סוכרוז | דיג | 57501 | |
|
| ||
חומרים | מוכר | מספר קטלוגי | |
סיבי פחמן | גודפלו Oakdale, הרשות הפלסטינית | ||
זכוכית נימי | AM מערכות Carlsborg WA. | 602000 | |
חוט כסף | A-M Systems Carlsborg WA. | 787000 | |
טונגסטן מגרה אלקטרודה | פלסטיק אחת, Roanoke, VA | ||
חוט פלטינה | |||
עופרת חוט | סקוויירס אלקטרוניקה, קורנליוס, או | ||
Loctite 404 מיידיות דבק | Hankal קורפ רוקי היל CT. | ||
להב התער | העולם דיוק אינסטרומנטס פלורידה. | ||
BD מחט בעמוד השדרה | BD מערכות רפואיות, Franlin Lake, NJ | REF 405234 | |
כירורגי Blade | בטיחות נוצה גילוח בע"מ. יפן | ||
תוכנה | מוכר | מספר קטלוגי | |
TH תוכנה | ESA Inc, Chelmsford, MA | ||
מכשיר | מוכר | מספר קטלוגי | |
הקלטה הטבילה קאמרית | אישית מדעיים, דנוור, CO | ||
Neorolog המבודד הגירוי | Digitmeter, הרטפורדשייר, אנגליה | ||
בקר טמפרטורה אוטומטית | וורנר Instrument Corporation | ||
מיקרוסקופ (SZX7) | אולימפוס | ||
מיקרוסקופ | דיג | ||
Vibratome 3000 חתך מערכת | סט לוהוא, מיזורי. | ||
זלוף משאבה | ווטסון מוגבל מרלו, Falmouth Cornwall - אנגליה | H110708 | |
Micropipette חולץ | Narishige, טוקיו, יפן | ||
ChemClamp potentiostat | דגן תאגידים, במיניאפוליס, מינסוטה. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved