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Method Article
Closed-loop protocols are becoming increasingly widespread in modern day electrophysiology. We present a simple, versatile and inexpensive way to perform complex electrophysiological protocols in cortical pyramidal neurons in vitro, using a desktop computer and a digital acquisition board.
Neuroscienza sperimentale è testimone un crescente interesse per lo sviluppo e l'applicazione di nuove e, protocolli a circuito chiuso spesso complessi, in cui lo stimolo applicato dipende in tempo reale sulla risposta del sistema. Recenti applicazioni vanno dalla realizzazione di sistemi di realtà virtuale per lo studio di risposte motorie, sia in topi 1 e in zebrafish 2, per il controllo delle crisi epilettiche seguenti ictus corticale utilizzando optogenetics 3. Uno dei principali vantaggi di tecniche anello chiuso risiede nella capacità di sondare superiori proprietà dimensionali che non sono direttamente accessibili o che dipendono da più variabili, quali eccitabilità neuronale 4 e affidabilità, mentre allo stesso tempo, massimizzando il sperimentale. In questo contributo e nel contesto di elettrofisiologia cellulare, descriviamo come applicare una varietà di protocolli a circuito chiuso per lo studio delle proprietà di risposta di piramidale neuroni corticali, recorded intracellulare con la tecnica del patch clamp in fettine di cervello acuto dalla corteccia somatosensoriale di ratti giovani. Poiché nessun source disponibile in commercio o aperto fornisce tutte le caratteristiche richieste per l'esecuzione in modo efficiente gli esperimenti descritti qui, un nuovo toolbox software chiamato LCG 5 è stato sviluppato, la cui struttura modulare massimizza il riutilizzo del codice informatico e facilita l'implementazione di nuovi paradigmi sperimentali. Le forme d'onda di stimolazione vengono specificati utilizzando un compatto meta-descrizione e protocolli sperimentali complete sono descritte nei file di configurazione basati su testo. Inoltre, LCG ha una interfaccia a riga di comando che è adatto per la ripetizione delle prove e l'automazione di protocolli sperimentali.
Negli ultimi anni, elettrofisiologia cellulare è evoluto dal paradigma tradizionale anello aperto impiegata in esperimenti di tensione e corrente clamp protocolli a circuito chiuso moderni. La tecnica a circuito chiuso più noto è forse il morsetto dinamica 6,7, che ha permesso l'iniezione sintetica dei canali ionici artificiali voltaggio-dipendenti per determinare il potenziale di membrana neuronale 8, lo studio approfondito degli effetti della non-deterministico sfarfallio on canali ionici sulla dinamica di risposta neuronale 9, così come la ricreazione in vitro di realistico in vivo- come attività di fondo sinaptica 10.
Altri paradigmi a circuito chiuso che sono stati proposti includono il morsetto reattiva 11, per studiare in vitro la produzione di attività persistente di auto-sostenuta, e la risposta serrare 4,12, per studiare i meccanismi cellulari alla base eccitabilità neuronale.
ontent "> Qui si descrive un quadro potente che permette l'applicazione di una serie di anello chiuso protocolli elettrofisiologici nel contesto di cellule intere registrazioni di patch clamp effettuate in fettine di cervello acuto. Mostriamo come registrare potenziale di membrana somatica mediante registrazioni di patch clamp in neuroni piramidali della corteccia somatosensoriale di ratti giovani e di applicare tre diversi protocolli a circuito chiuso con LCG, un software toolbox basato su riga di comando sviluppato nel laboratorio di Neurobiologia e Teorica Neuroengineering.Brevemente, i protocolli descritti sono, in primo luogo l'iniezione automatica di una serie di forme d'onda di corrente morsetto stimolo, rilevanti per la caratterizzazione di un grande insieme di proprietà di membrana attiva e passiva. Questi sono stati suggeriti per catturare il fenotipo elettrofisiologico di una cella in termini di proprietà di risposta ad una serie di forme d'onda stereotipata stimolo. Conosciuta come la e-codice di un cellulare (ad esempio, vedere & #160; 13,14), una raccolta di risposte elettriche è utilizzato da diversi laboratori di classificare oggettivamente neuroni sulla base delle loro proprietà elettriche. Questo include l'analisi del rapporto di trasferimento ingresso-uscita stazionario (curva fI), con una tecnica innovativa che coinvolge il circuito chiuso, controllo in tempo reale della frequenza di scarica attraverso un (PID) regolatore proporzionale-integrale-derivativo , secondo la ricreazione realistica in vivo -come sfondo sinaptica in preparati in vitro 10 e, terzo collegamento artificiale in tempo reale dei due neuroni piramidali registrati simultaneamente mediante un interneuroni GABAergico virtuale, che viene simulato dal computer.
Inoltre, LCG implementa la tecnica nota come attivo elettrodo di compensazione (AEC) 15, che consente di implementare protocolli clamp dinamico utilizzando un singolo elettrodo. Questo consente di compensare gli effetti indesiderati (unrtifacts) dell'elettrodo di registrazione che sorgono quando viene utilizzato per la distribuzione di stimoli intracellulari. Il metodo si basa su una stima non parametrica delle proprietà elettriche equivalenti del circuito di registrazione.
Le tecniche e protocolli sperimentali descritti nel presente documento possono essere facilmente applicati in convenzionale tensione a circuito aperto e gli esperimenti clamp attuali e possono essere estesi ad altri preparati, come extracellulare 4,16 o registrazioni intracellulari in vivo 17,18. L'attento assemblaggio del setup per patch clamp cellula intera elettrofisiologia è un passo molto importante per la stabilità, registrazioni di alta qualità. Nel seguito si assume che un tale apparato sperimentale è già disponibile per lo sperimentatore, e focalizziamo la nostra attenzione sulla descrizione dell'utilizzo di LCG. Il lettore è puntato a 19-22 per ulteriori suggerimenti circa l'ottimizzazione e il debugging.
Il protocollo qui descritto è conforme con le raccomandazioni e le linee guida del Comitato Etico del Dipartimento di Scienze Biomediche dell'Università di Anversa. Questo protocollo richiede la preparazione di materiale non senziente dal cervello espiantato di giovani ratti Wistar, ottenuto con tecniche di eutanasia umane approvati.
1. apparecchiature Preparazione
2. Preparazione di acuta cerebrale porzioni dal corteccia somatosensoriale
3. patch-clamp registrazioni da Layer 5 piramidali neuroni
4. Caratterizzazione semiautomatica delle Proprietà risposta elettrica di un neurone
5. L'iniezione di conduttanza attraverso simulate Sinapsi e Simulazione di In Vivo -come Background Attività
Nelle sezioni precedenti, abbiamo descritto come utilizzare il software LCG casella degli strumenti per caratterizzare le proprietà elettrofisiologiche delle cellule piramidali L5 e di ricreare in vivo -come attività sinaptica in un preparato fetta. L'uso di una riga di comando e protocollo semi-automatizzato favorire la riproducibilità e l'efficienza di questo esperimento, che può avere un forte impatto sul rendimento e la qualità dei dati prodotti. Inoltre, poiché i dati vengono salvati in modo ...
In questo testo un protocollo completo per la realizzazione di tempo reale, ad anello chiuso monocellulari esperimenti elettrofisiologici è stata descritta, con la tecnica patch clamp e strumenti software recentemente sviluppato chiamato LCG. Per ottimizzare la qualità delle registrazioni è fondamentale che il sistema di registrazione sia correttamente messa a terra, schermato e vibrazioni: questo garantisce l'accesso stabile e duratura whole-cell alla cella, che, insieme con la possibilità di automatizzare inte...
The authors have nothing to disclose.
Financial support from the Flanders Research Foundation FWO (contract n. 12C9112N to DL), the 7th Framework Programme of the European Commission (Marie Curie Network “C7”, contract n. 238214; ICT Future Emerging Technology “ENLIGHTENMENT” project, contract n. 306502), the Interuniversity Attraction Poles Program initiated by the Belgian Science Policy Office (contract n. IUAP-VII/20), and the University of Antwerp is kindly acknowledged.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tissue slicer | Leica | VT-1000S | |
Pipette puller | Sutter | P-97 | |
Pipettes | WPI | 1B150F-4 | 1.5/0.84 mm OD/ID, with filament |
Vibration isolation table | TMC | 20 Series | |
Microscope | Leica | DMLFS | 40X Immersion Objective |
Manipulators | Scientifica | PatchStar | |
Amplifiers | Axon Instruments | MultiClamp 700B | Computer controlled |
Data acquisition card | National Instruments | PCI-6229 | Supported by Comedi Linux Drivers |
Desktop computer | Dell | Optiplex 7010 Tower | OS: real-time Linux |
Oscilloscopes | Tektronix | TDS-1002 | |
Perfusion Pump | Gibson | MINIPULS3 | Used with R4 Pump head (F117606) |
Temperature controller | Multichannel Systems | TC02 | PH01 Perfusion Cannula |
Manometer | Testo | 510 | Optional |
Incubator | Memmert | WB14 | |
NaCl | Sigma | 71376 | ACSF |
KCl | Sigma | P9541 | ACSF, ICS |
NaH2PO4 | Sigma | S3139 | ACSF |
NaHCO3 | Sigma | S6014 | ACSF |
CaCl2 | Sigma | C1016 | ACSF |
MgCl2 | Sigma | M8266 | ACSF |
Glucose | Sigma | G7528 | ACSF |
K-Gluconate | Sigma | G4500 | ICS |
HEPES | Sigma | H3375 | ICS |
Mg-ATP | Sigma | A9187 | ICS |
Na2-GTP | Sigma | 51120 | ICS |
Na2-Phosphocreatine | Sigma | P7936 | ICS |
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