JoVE Logo

サインイン

このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。

この記事について

  • 要約
  • 要約
  • 概要
  • プロトコル
  • 結果
  • ディスカッション
  • 開示事項
  • 謝辞
  • 資料
  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

ここで説明する方法は、ラットの行動関連回路におけるコカイン誘発可塑性を光遺伝学的に逆転させるために使用される手順を概説する。視床-扁桃体シナプスの持続的な低周波光刺激は、長期うつ病(LTD)を誘発します。コカインを経験したラットにおける in vivo 光遺伝学的に誘導されたLTDは、その後の手がかり動機による薬物探索の減弱をもたらした。

要約

このプロトコルは、視床-扁桃体回路でコカイン誘発性を逆転させ、ラットにおけるその後のコカイン探索行動を減らすために光遺伝学的ツールを使用するために必要なステップを示しています。私たちの研究では、ラットが視聴覚キューと組み合わせてコカインを静脈内投与すると、視床の内側膝状核(MGN)から外側扁桃体(LA)の主要なニューロンへの入力で形成されるシナプスが、キューとコカインの関連が学習されるにつれて強くなることがわかりました。これらのシナプスでのコカイン誘発可塑性の逆転は、合図動機によるコカイン探索行動を減少させるという仮説を立てた。このような神経調節を in vivoで実現するために、MGN-LAシナプスの強度を低下させるシナプス長期抑制(LTD)を誘導したいと考えました。この目的のために、私たちは光を使って脳回路の神経調節を可能にするオプトジェネティクスを使用しました。興奮性オプシンoChiEFは、oChiEFを含むAAVをMGNに注入することにより、LAのシナプス前MGN末端に発現しました。次に、光ファイバーをLAに埋め込み、473 nmのレーザー光を1 Hzの周波数で15分間パルスして、LTDと逆コカイン誘発可塑性を誘導しました。この操作は、薬物探索行動を誘発するコカインに関連する手がかりの能力の長期的な低下をもたらします。

概要

薬物乱用は、米国および世界中で非常に深刻な公衆衛生問題です。何十年にもわたる集中的な研究にもかかわらず、効果的な治療オプションはほとんどありません1,2。治療の大きな後退は、慢性的な薬物使用が環境手がかりと薬物自体との間に長期的な連想記憶を生成するという事実です。薬物関連の手がかりへの再曝露は、継続的な薬物使用と再発を動機付ける生理学的および行動的反応を促進します3。新しい治療戦略は、薬物と手がかりの関連を調節することに関与する回路を操作することを目的とした記憶ベースの治療法を制定することです。最近、外側扁桃体(LA)のシナプス、特に視床の内側生殖核(MGN)から生じるシナプスは、手がかりに関連するコカインの自己投与を繰り返すことによって強化され、この増強がコカイン探索行動をサポートできることが観察されました4,5。したがって、MGN-LAシナプスの可塑性を逆転させることで、キュー誘発による回復を減衰させることができると提案されました。

特定の脳回路のシナプス可塑性を正確に標的にする能力は、この分野にとって大きな課題でした。従来の薬理学的ツールは、再発行動を減少させることにある程度成功しているが、個々のシナプスを操作できないことによって制限されている。しかし、in vivoオプトジェネティクスの最近の開発は、これらの制限を克服し、時間的および空間的精度で神経経路を制御するために必要なツールを提供しました6,7,8。特定の脳回路で光感受性オプシンを発現させることにより、レーザー光を使用して回路を活性化または阻害することができます。周波数依存性光刺激は、行動する動物における回路のシナプス可塑性を特異的に操作するために利用することができる。

この原稿は、 in vivo オプトジェネティクスを使用して行動に関連するMGN-LA回路を操作するために取られた手順を概説します。まず、興奮性オプシンoChIEFをMGNで発現させ、光ファイバーをLAに両側に移植した。次に、動物は、MGN-LA経路を増強する手がかり依存的な方法でコカインを自己投与するように訓練されました。次に、473nmのレーザー光による持続的な低周波刺激を用いて、回路固有のLTDを製造した。 コカイン使用によって誘発される可塑性を逆転させることは、薬物探索行動に関連する行動を引き起こす手がかりの能力の長期的な低下をもたらした。

プロトコル

このプロトコルに記載されている実験は、 実験動物の世話と使用のための 国立衛生研究所ガイドによって定められたガイドラインと一致しており、ピッツバーグ大学の施設動物管理および使用委員会によって承認されました。すべての手順は、到着時の体重が275〜325 gの成体のナイーブなSprague-Dawleyラットを使用して実行されました。

1.光ファイバーインプラントとパッチケーブルの構築

  1. 以前に公開されたプロトコルに従って光ファイバーインプラントを準備します 9.このプロトコルで説明されている実験では、200 μmコアファイバ(0.5 NA)とØ1.25 mmマルチモードLC / PCセラミックフェルール、Ø230 μmの穴サイズを使用しました。
    1. ドレメルツールを使用して、フェルールの下3分の1(フェルールの平坦な端に最も近い)にスコアを付けます。フェルールにスコアを付けることで、歯科用セメントに付着したままになり、実験の全範囲を通じて安全性が維持される可能性が高くなります。
    2. ワイヤーカッターを使用して、~35mmの繊維を切断します。ファイバーストリッピングツールを使用して、~25 mmのファイバーを剥がし、10 mmを露出させません。
    3. メーカーの指示に従って熱硬化性エポキシを準備します。樹脂粉末1gを硬化剤コンパウンド100mgに溶解する。鈍い25ゲージの針を1mLシリンジに取り付けます。シリンジにエポキシを入れ、鈍い25ゲージの針先を取り付けます。
    4. バイスまたはクランプを使用して、平らな面を上に向けて凸面を下に向けてフェルールをしっかりと保持します。エポキシ充填シリンジを使用して、フェルールの側面から余分なエポキシを拭き取るように注意しながら、フェルールの平らな面にエポキシを1滴加えます。
    5. ファイバーの剥がされた部分をフェルールに挿入して、さらに5mmの剥がされたファイバーを露出させます。LAインプラントの場合、線維は腹側からブレグマまで7.9 mmに移植されるため、剥がされていない線維の露出長は~13 mmである必要があります。
    6. エポキシが黒/琥珀色になるまで、ヒートガンで約30〜40秒間硬化させます。
    7. ダイヤモンドナイフでフェルールの凸端の界面でファイバーを直接刻み、指を使ってファイバーをそっとタップします。
    8. 止血剤で保持し、均等な圧力を加え、一連の研磨紙(高品位から低品位、5、3、1、0.3 μm)でそれぞれ20回の円形回転を行うことにより、フェルールの凸端を研磨します。
    9. ストリップされていないファイバーをテープとスコアストリップファイバーを使用してテーブルに固定し、腹側座標から2 mm余分に残します(LAインプラントの場合、ファイバーの最終長は~10 mmです)。止血剤を使用してフェルールを引っ張り、刻み目がついた繊維を均等に壊します。スコアリング時にファイバーを完全に切断しないように注意してください、そうしないとファイバーのコアが損傷します。
  2. 光ファイバーインプラントと互換性のあるパッチケーブルを構築します。カスタム設計のパッチケーブルを購入しました( 材料の表を参照)。あるいは、パッチケーブルは、以前に公開されたプロトコル9に従って構築することができる。
    注意: フェルールファイバーとパッチケーブルファイバーの直径とNAは、神経活動を十分に刺激できない可能性のある過剰な光の損失を防ぐために、カップリング接合部で一致する必要があります。
  3. パッチケーブル/光ファイバーを適切なレーザー光源(473 nm、1 mW出力)に接続し、光センサーで出力を測定し、パッチケーブルと光ファイバーインプラントを介した光出力を測定します。正常に構築されたファイバーは、同心円の光を放出し、光損失は30%以下です。

2.げっ歯類の静脈内カテーテル法、ウイルス送達、および光ファイバー移植

  1. 手術のために動物を準備します。
    1. 施設のガイドラインに基づいて、選択した麻酔薬でラットを完全に麻酔します。1つの選択肢は、塩酸ケタミン(87.5-100 mg / kg、i.m.)および塩酸キシラジン(5 mg / kg、i.m.)です。つま先のピンチ反射がないかどうかを確認することにより、ラットが完全に麻酔されていることを確認します。
      注意: ケタミンは、機関のガイドラインに従って取り扱わなければならない規制物質です。
      注:麻酔薬の筋肉内注射は、腹腔内注射よりも迅速で信頼性の高い麻酔導入をもたらしたため、この研究では使用されています。ラットの呼吸と反応性を継続的に監視し、手術中は熱サポートを提供します。
    2. ラットの背中の広い領域(肩甲骨のすぐ上から背中の中央までの背中の上部)と、右前肢の下の首の領域、および頭皮を剃ります。
    3. ラットを手術領域に置き、目にプラルーブ(人工涙液)を適用します。体重量のカルプロフェン(鎮痛剤)を背中上部の皮膚から皮下(SC)注射し、次に5 mLの乳酸リンゲル溶液s.c.を腰の皮膚から注射します。
    4. 滅菌ガーゼをベタジンで濡らし、円運動を使用して剃毛した手術部位を拭き取ることにより、すべての手術部位を消毒します。その後、70%エタノールでこのプロセスを繰り返します。この交互のサイクルを3回繰り返します。
  2. 以前に公開されたプロトコル410に従って静脈内カテーテル移植を行う。
    注:カテーテル移植中の刺激を避けるために、この手術中は外科的ドレープは使用されません。使用前にすべての器具および機器を滅菌してください。滅菌手袋を使用し、滅菌されていない表面に接触した場合は手袋を交換してください。
  3. カテーテル移植の直後に、ラットを定位固定装置フレームに固定してAAV注射を行います。
    1. 局所麻酔薬として2%リドカイン(0.2〜0.3 mL)の皮下(s.c)注射を頭皮に届けます。.
      注:局所麻酔薬は、外科的転帰の変化を避けるために、静脈内カテーテル移植中に使用されません。
    2. 26ゲージのステンレス鋼注射カニューレを、1 μLの濃縮AAV溶液で満たされたハミルトンシリンジに接続します:AAV5-hSyn-tdトマトまたはAAV5-hSyn-oChIEF-tdトマト
      注:oChIEFは、青色光感受性オプシンチャネルロドプシン(ChR2)の変種であり、広範囲の周波数8,11に応答できるため、このプロトコルで説明されている低周波LTD実験だけでなく、高周波LTP実験(ここでは説明しません)。oChIEFコンストラクトは、ロジャー・ツィン博士から寄贈され、デュークウイルスベクターコアによってパッケージングと精製のために処理されました。MGN軸索終末における最適なウイルス発現を可能にするために、注射日からLTD誘導日までの間に少なくとも3〜4週間が必要である。
      注意:一般に、AAVはバイオセーフティレベル1(BSL-1)生物と見なされており、ヘルパーウイルスを生産に使用しない限り、自己感染のリスクは低くなります。その使用にはIACUCの承認が必要であり、不必要な曝露を制限するために、制度上のガイドラインに従って適切なPPEを常に使用する必要があります。
    3. メスを使用して、頭蓋骨の前部から後部に0.5 mmの切開を行い、上にある組織を取り除き、頭蓋骨の表面を露出させます。
    4. ラットの頭を前軸/後軸に水平にし、脳定位座標をブレグマにゼロにします。
    5. 小さなドリルビットを備えたドレメルツールを使用して、頭蓋骨に3つの小さな穴を開けます。ドライバーを使用して、ステンレス鋼のネジ(M2x4 965-A2)を所定の位置にしっかりと取り付けます。
      注意: 歯科用セメントを適切に結合し、頑丈で長持ちするヘッドキャップを作成するには、ネジが必要です。ネジの位置は、頭蓋骨の前後軸を横切って、AAV注射部位から離して広げる必要があります。
    6. 内側膝状核(MGN)の内側部分について、ラットブレインアトラス(ワトソンとパクシノス)12 からの座標に基づいてAAVを注入するための両側穴を開けます。ブレグマからのミリメートル、AP:-5.4;ML: ±3.0;DV: -6.6.MGNに配置されるまで、注入カニューレをゆっくりと下げます(4 mm / min)。濃縮AAV溶液を0.1 μL/分の速度で注入します。
    7. 注入が完了した後、注射カニューレを5分間そのままにして、カニューレから拡散させてから、カニューレを脳からゆっくりと引き出します。
  4. ウイルス注入の直後に、MGN−LA末端を標的とする光ファイバー4,9を移植し続ける。
    1. ドレメルツールを使用して、外側扁桃体を標的とする光ファイバーインプラント用の両側穴を開けます(単位:ブレグマからのmm、AP:-3.0;ML ±5.1) を参照してください。
    2. 鉗子を使用して光ファイバーインプラントのフェルールをつかみ、固定装置アダプターに固定して、しっかりと固定します。
    3. 繊維の先端がLAの背側部分(DV:-7.9 mm)に収まるまで、2 mm / minの速度でゆっくりと繊維を下げます。
    4. 最初にロックタイトインスタント接着剤の薄層を使用してフェルールを頭蓋骨に固定し、次に歯科用セメントと直径1.25mmのフェルールスリーブとダストカバーでフェルールを覆います。
      注意: フェルールを頭蓋骨に固定するための接着剤の選択は、地域または施設の動物管理および使用委員会によって承認される必要があります。この研究では、複数の接着剤で試行錯誤した後、フェルールを頭蓋骨に確実に固定するためにロックタイトが使用されます。ただし、利用可能な代替案を検討することができます。
  5. 外科的処置の後、ラットを個別に飼い、食物と水への無料アクセスを提供します。施設のガイドラインに沿った術後ケアを提供する。開存性を維持するために、ゲンタマイシン(5 mg / mL)とヘパリン(30 USP / mL)を含む生理食塩水でカテーテルを毎日洗い流してください。手術後少なくとも5日後および行動実験開始の24時間前に、食物はラットを自由摂食体重の~90%に制限する。

3. げっ歯類コカインの自己投与と器械レバーの消滅

注:すべての行動手順は、1つの壁に2つの格納式レバー、各レバーの上に刺激ライト、トーンジェネレーター、ハウスライト、および輸液ポンプを備えた標準的なオペラントコンディショニングチャンバーで行われます。

  1. FR1強化スケジュールの下で、ラットを毎日1時間のコカイン(2 mg / mL)自己投与トレーニングセッションにさらします。.
    1. ラットを毎日オペラントチャンバーに入れ、ラットがレバープレスできるようにします。指定された「アクティブレバー」(左右のレバーで相殺)を押すと、コカイン注入(1.0 mg / kg /注入)と、複合光とトーンのキューが10秒間表示されます。指定された「非アクティブレバー」を押しても、プログラムされた効果はありません。
    2. ラットが3日間連続して少なくとも8回の注入/日を獲得するまで、少なくとも10日間自己投与実験を続けます。.20日目までに取得基準に達しなかった場合、研究から除外されます。
  2. 獲得基準が正常に満たされた後、ラットを6〜10dの1時間の機器絶滅セッションにかけます。
    1. ラットをオペラントチャンバーに入れ、ラットが自由にレバープレスできるようにします。ただし、アクティブレバーと非アクティブレバーの両方での応答は、プログラムされた結果にはなりません。
    2. ラットに、2日間連続で平均<25回のレバープレスが発生するまで、毎日器具の絶滅を続けてもらいます。

4. 株式会社の 生体内 光遺伝学的誘導

注:光遺伝学的阻害実験は、器械的絶滅の最終日から24時間後に行われます。

  1. カバーを外した清潔で標準的なげっ歯類のハウジングケージの上に吊り下げられたロータリージョイントを介して、パッチコードを473nmの青色レーザーダイオードに接続します。この設定により、げっ歯類は光遺伝学的刺激中にケージの周りを自由に動き回ることができます。
  2. 取扱説明書に従ってレーザーダイオードの電源を入れ、パルス発生器に接続します。設定を調整します, 電源を入れたときにラットが1Hzで900 2ミリ秒の光パルスを受信するようにします.
    注意: レーザーの操作中は常に適切な目の保護具を使用する必要があります。
  3. 光センサーを使用して、パッチコードを通して光強度を測定します。パッチケーブルからの光出力が~5-7mWになるようにレーザーの強度を調整します。
  4. ラットを清潔なハウジングケージに入れます。ダストカバーとフェルールスリーブを取り外し、フェルールを露出させます。パッチコードを光ファイバーインプラントに両側に接続します。ラットがLTD誘導の前に3分間環境を探索できるようにします。
  5. パルス発生器をオンにして、光遺伝学的刺激を開始します。
    注:可能性は低いですが、ラットが刺激に対して何らかの副作用を経験した場合、実験は直ちに終了し、ラットは施設のガイドラインに基づいて適切に安楽死されます。
  6. LTD誘導後、ラットをケージに3分間入れてから、ホームケージに戻します。
  7. 対照実験では、AAV5-tdTomato対照ウイルスを発現するラットに同じ刺激手順を使用します。偽の実験では、AAV5-oChIEFウイルスを発現するラットの光ファイバーにパッチコードを取り付けますが、15分間のセッションでは刺激は提供されません。

5.手がかり誘発性コカインシークに対する光遺伝学的刺激の効果をテストする

  1. in vivo光遺伝学的刺激の24時間後、ラットをオペラントコンディショニングチャンバーに戻します。ラットは、コカイン探索行動を評価するために、1時間の標準的な合図誘発性復職セッションを受けます。
    注:キュー誘発性回復中、アクティブレバーでの応答により、コカイン関連のキューが10秒間表示されますが、コカインの注入は行われません。
  2. 最初の検査の少なくとも1週間後に2回目の復職検査を行い、光遺伝学的LTD誘導がコカイン探索の長期的な抑制をもたらすかどうかを判断します。

6. ウイルス発現および光ファイバー配置の組織学的検証のための染色、蛍光、およびイメージング

  1. 1xリン酸緩衝生理食塩水(PBS)と4%パラホルムアルデヒド(PFA)を作ります。両方の溶液を氷上に保管します。総容量は、研究のラットの数によって異なります(ラットあたり~100mLのPBSと200mLのPFAが使用されます)。
    注意: PFAは有毒な化学物質であり、発がん性物質として知られています。吸入や皮膚との接触を避けるために適切な注意を払ってください。その使用と廃棄は、適切なPPEとケミカルフローフードの使用を含む制度上のガイドラインに従う必要があります。
  2. 蠕動ポンプを20 mL/minの流量でセットアップします。ポンプのチューブに1x PBSを充填します。チューブの端に鈍い20ゲージの針を取り付けます。
  3. ラットにペントバルビタールナトリウム(100 mg / kg、i.p.)を深く麻酔します。.先に進む前に、つま先のつまみに対する反応の欠如によって麻酔の深さを確認してください。
    注:灌流は最終処置であるため、ペントバルビタールナトリウムが使用されます。
  4. 外科用ハサミを使用して、横隔膜の下のラットの腹腔を切り開きます。胸郭を横方向の縁に沿って吻側に切り、ラットの心臓を露出させます。止血剤を使用して、胸郭の吻側部分を心臓から離して固定します。心臓を囲む上にある脂肪組織を切り取ります。
  5. 鈍い針を左心室から大動脈に挿入します。右心房に小さな穴を開けて、心臓に戻るときに溶液を排出します。
  6. 各ラットに1x PBSを5分間、続いて4%PFA、pH 7.4で10分間灌流します。
  7. ラットを斬首し、脳を抽出し、4%PFAに24時間後置します。次に、脳を30%スクロース溶液に2〜3 d移します。
  8. クライオスタットを使用して50μmで脳を切片化します。
  9. LAまたはMGNを含むすべてのスライスをスライドガラスとカバーガラスに取り付けます。
  10. 放射蛍光顕微鏡を使用した画像スライスを使用して、MGNにおけるAAV-oChIEF-tdTomatoの発現とLAへの投影、およびLA上の光ファイバーの配置を検証しました。

7.電気生理学実験のための灌流および急性脳スライスの準備

注:電気生理学的実験は、 in vivo LTDの成功を検証するために、動物のサブセットに対して実行されます。

  1. 表1〜3413に列挙した試薬を用いて電気生理学溶液を調製する。HClですべての溶液のpHを7.4に調整し、浸透圧を300-310 mOsm / kgH 2Oに調整します。 実験前に溶液を新鮮にし、4°Cで最大1週間保存します。使用中は常にすべての溶液をカルボゲン(95%O 2/5%CO2)で飽和させてください。
  2. 地域または施設の動物の世話と使用のガイドラインに従ってイソフルランを使用して、密閉された安楽死チャンバーでラットを深く麻酔します。. 動物がつま先のピンチ反射によって完全に麻酔をかけられていることを確認します。
  3. 小さなビーカーに50mLの氷冷切断液を入れます。蠕動ポンプのチューブに溶液を充填し、流量を20 mL/minに調整します。チューブの端に鈍い20ゲージの針を取り付けます。
  4. 腹腔を開き(手順6.4および6.5を参照)、ラットに切断液を簡単に灌流します(最大1〜2分)。
  5. 灌流後、直ちにラットを斬首する。脳を取り出し、4°Cの切断溶液で満たされた小さなビーカーに30秒〜1分間入れます。
  6. へらで脳を移し、すぐにビブラトームのチャンバーに固定します。細かい鉗子を使用してピアを取り外します。チャンバーに4°Cの切断液を満たし、速度0.37 mm/秒、周波数70 Hzで扁桃体の急性冠状スライス(厚さ250 μm)を調製します。
  7. スライスが得られたら、それぞれを切断溶液で満たされた保持チャンバーに入れ、37°Cで10〜12分間インキュベートします。LAを含むスライスは、動物あたり約5〜7個得ることができる。
  8. スライスを室温(RT)保持溶液のビーカーに移し、実験前に>30分間回復させます。
    注意: スライスは通常、保持溶液に4〜6時間保持されている間、健康なままです。AAVの蛍光性により、スライスは低照度状態に保たれます。

8. 生体外 電気生理学的記録

  1. 表4〜5に列挙した試薬を用いて細胞内溶液を調製する。
    注:細胞内溶液は実験の前に作成する必要があり、-80°Cで長期(3〜12か月)または-20°Cで短期(1〜2か月)保存できます。 溶液は7.3にpH調整されています(Csベースの細胞内溶液の場合はCsOH、Kベースの細胞内溶液の場合はKOHを使用)。290-300 mOsm / kgH 2Oの最終浸透圧に調整します。
  2. ジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解した500 mMピクロトキシンストック溶液を調製します。
    注:ピクロトキシンストックは分注され、-20°Cで保存されます。 使用当日、アリコートを解凍し、最終濃度100μMになるまで記録溶液に添加する。
    注意:ピクロトキシンはGABAA 受容体の非競合的アンタゴニストであるため、ピクロトキシンの注入には刺激効果があります。経口摂取または皮膚吸収により重度の毒性を示します。.ピクロトキシンを扱うときは、常に適切なPPEを使用する必要があります。
  3. 電気生理学実験用に設計された正立顕微鏡にスライスを移します。
  4. 実験中は、31〜33°Cに加熱された記録溶液でスライスを連続的に浴灌流する。
  5. 4倍の対物レンズを使用してLAを拡大します。40倍の水浸レンズで形態によって主要なニューロンを特定します。
  6. Csベースの細胞内溶液(電圧クランプ実験用)またはKベースの細胞内溶液(電流クランプ実験用)のいずれかを充填したガラスピペット(3〜5MΩ)を使用して、全細胞パッチクランプ記録を取得します。
  7. 蛍光下でAAVに感染したMGN軸索投影を特定します(RFPフィルターを使用)。パルス発生器に接続された青色光(473 nm)DPSSレーザーを使用して投影を刺激します。
    注意: レーザー露光を制限するために、コリメートされたレーザー光は顕微鏡の蛍光ポートに結合され、対物レンズを通してスライスに集束されます。
    注:電圧クランプモードでは、興奮性シナプス後電流(EPSC)は0.1Hzで光学的に誘発されます。 AAVに感染したMGNニューロンからの入力を受け取るニューロンは、信頼性の高いEPSCを示します。
  8. ex vivo LTDを誘導するには、現在のクランプモードで、興奮性シナプス後電位(EPSP)の安定したベースラインを少なくとも10分間記録します。.次に、周波数1Hz(合計時間=15分)で473nmの光の900個の2msパルスを供給します。次に、EPSPを0.1Hzで≥60分間連続的に記録します。

結果

実験の順序を概説するタイムラインを 図1に示します。行動実験を通して、コカイン注入の数とアクティブレバーで行われた反応の数は、コカイン探索行動の強度の尺度として機能します。コカインの自己投与の最初の数日間は、積極的な反応の数は、2週目に安定する前に、各獲得日にわたって徐々に増加するはずです。逆に、非アクティブなレバー応答は、実験全体?...

ディスカッション

上述したように、適切な実験結果を達成するために重要ないくつかの重要なステップがある。このプロトコルは、コカインの自己投与を適切に獲得した動物にのみ有効である可能性が高く、これまでのところ、上記で概説したパラメーターを使用してのみテストされています。コカインの投与量、強化のスケジュール、およびキューパラメータは、行動の結果にほとんど影響を与えずに変更?...

開示事項

開示するものは何もありません。

謝辞

著者らは、USPHS助成金K01DA031745(MMT)、R01DA042029(MMT)、DA035805(YHH)、F31DA039646(MTR)、T32031111(MTR)、およびペンシルベニア州保健省からの支援に感謝したいと思います。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
0.9% SalineFisher ScientificNC0291799
A.M.P.I. Stimulus IsolatorIso-Flex
AAV5.hSyn.oChIEF.tdTomatoDuke Viral Vector Core (via Roger Tsien)#268See Lin et al., 2009; Nabavi et al., 2014
AAV5.hSyn.tdTomato (Control)Duke Viral Vector Core ControlSee Lin et al., 2009; Nabavi et al., 2014
Artificial Tears (Opthalmic Ointment)Covetrus70349
ATP Magnesium SaltFisher ScientificA9187
BetadineButler Schein38250
Calcium chlorideFisher ScientificC1016
Cesium chlorideFisher Scientific289329
Cesium hydroxideFisher Scientific516988
Cesium methanesulfonateFisher ScientificC1426
Cocaine HClNIDA Drug Supply Center9041-001
CryostatLeicaCM1950
D-GlucoseSigma-AldrichG8270
DMSOFisher ScientificBP231-1
Dual-Channel Temperature ControllerWarner InstrumentsTC-344C
EGTAFisher ScientificE3889
EthanolUniversity of Pittsburgh Chemistry Stockroom200C5000
Ferrule Dust CapsThor LabsCAPLWhite plastic dust caps for 1.25 mm Ferrules
Ferrule Mating SleevesDoric LensesF210-3011Sleeve_BR_1.25, Bronze, 1.25 mm ID
FerrulesPrecision Fiber ProductsMM-FER2007C-2300Ø1.25 mm Multimode LC/PC Ceramic ferrule, Ø230 μm hole size
Fiber OpticThor LabsFP200URT200 μm core multimode fiber (0.5 NA)
Fiber Optic Rotary JointPrizmatix(Ordered from Amazon)18 mm diameter, FC-FC connector for fiber
Fiber Stripping ToolThor LabsT12S21
Fluoroshield with DAPISigma-AldrichF6057
GentamicinHenry Schein6913
GTP Sodium SaltFisher ScientificG8877
Hamilton syringeHamilton8008510 μL volume, 26 gauge, 2 inch, point style 3
Heat GunAllied Electronics972-6966250 V, 750-800 °F
Heat-Curable EpoxyPrecision Fiber ProductsPFP-353ND-8OZ
HeparinHenry Schein55737
HEPESSigma-AldrichH3375
Hydrochloric AcidFisher Scientific219405490
IsofluraneHenry Schein29405
Ketamine HClHenry Schein55853Ketamine is a controlled substance and should be handled according to institutional guidelines
Lactated Ringer’sHenry Schein9846
Laser, driver, and laser-to-fiber couplerOEM Laser SystemsBL-473-00100-CWM-SD-xx-LED-0100 mW, 473-nm, diode-pumped solid-state laser (One option)
L-glutathioneFisher ScientificG4251
LidocaineButler Schein14583
Light SensorThor LabsPM100DCompact energy meter console with digital display
Loctite instant adhesiveGrainger5E207
Magnesium sulfateSigma-Aldrich203726
Microelectrode Amplifier/Data AcquisitionMolecular DevicesMULTICLAMP700B / Digidata 1440A
Microinjector pumpHarvard Apparatus70-4501Dual syringe
MicromanipulatorSutter InstrumentsMPC-200/ROE-200
MicroscopeOlympusBX51WIUpright microscope for electrophysiology
MicroscopeOlympusBX61VSEpifluorescent slide-scanning microscope
N-methyl-D-glucamineSigma-AldrichM2004
Orthojet dental cement, liquidLang Dental1504BLKblack
Orthojet dental cement, powderLang Dental1530BLKContemporary powder, black
ParaformaldehydeSigma-AldrichP6148
Patch CablesThor LabsFP200ERTMultimode, FT030 Tubing
PicrotoxinFisher ScientificAC131210010
Polishing DiscThor LabsD50FC
Polishing PadThor LabsNRS9139" x 13"
Polishing PaperThor LabsLFG5P5 μm grit
Polishing PaperThor LabsLFG3P3 μm grit
Polishing PaperThor LabsLFG1P1 μm grit
Polishing PaperThor LabsLFG03P0.3 μm grit
Potassium chlorideSigma-AldrichP9333
Potassium hydroxideFisher ScientificP5958
Potassium methanesulfonateFisher Scientific83000
QX-314-ClAlomone LabsQ-150
Rimadyl (Carprofen)Henry Schein24751
Self-Administration Chambers/SoftwareMed AssociatesMED-NP5L-D1
Sodium bicarbonateSigma-AldrichS5761
Sodium chlorideSigma-AldrichS7653
Sodium HydroxideSigma-Aldrich1064980500
Sodium L-AscorbateSigma-AldrichA7631
Sodium PentobarbitalHenry Schein24352
Sodium phosphateSigma-AldrichS9638
Sodium phosphocreatineFisher ScientificP7936
Sodium pyruvateSigma-AldrichP2256
Stainless steel machine screwsWW Grainger 6GB25M2-0.40mm Machine Screw, Pan, Phillips, A2 Stainless Steel, Plain, 3 mm Length
Stereotaxic adapter for ferrulesThor LabsXCL
Stereotaxic FrameStoelting51603
SucroseSigma-AldrichS8501
Suture ThreadFine Science Tools18020-50Silk thread; Size: 5/0, Diameter: 0.12 mm
TEA-ChlorideFisher ScientificT2265
ThioureaSigma-AldrichT8656
Vetbond Tissue AdhesiveCovetrus001505
VibratomeLeicaVT1200S
XylazineButler Schein33198

参考文献

  1. Connors, N. J., Hoffman, R. S. Experimental treatments for cocaine toxicity: A difficult transition to the bedside. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 347 (2), 251-257 (2013).
  2. Makani, R., Pradhan, B., Shah, U., Parikh, T. Role of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) in treatment of addiction and related disorders: A systematic review. Current Drug Abuse Reviews. 10 (1), 31-43 (2017).
  3. Shaham, Y., Shalev, U., Lu, L., De Wit, H., Stewart, J. The reinstatement model of drug relapse: History, methodology and major findings. Psychopharmacology. 168 (1-2), 3-20 (2003).
  4. Rich, M. T., Huang, Y. H., Torregrossa, M. M. Plasticity at Thalamo-amygdala Synapses Regulates Cocaine-Cue Memory Formation and Extinction. Cell Reports. 26 (4), 1010-1020 (2019).
  5. Rich, M. T., Huang, Y. H., Torregrossa, M. M. Calcineurin promotes neuroplastic changes in the amygdala associated with weakened cocaine-cue memories. Journal of Neuroscience. 40 (6), 1344-1354 (2020).
  6. Deisseroth, K. Optogenetics 10 years of microbial opsins in neuroscience. Nature Neuroscience. 18 (9), 1213-1225 (2015).
  7. Gradinaru, V., et al. Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics. Cell. 141 (1), 154-165 (2010).
  8. Nabavi, S., Fox, R., Proulx, C. D., Lin, J. Y., Tsien, R. Y., Malinow, R. Engineering a memory with LTD and LTP. Nature. 511 (7509), 348-352 (2014).
  9. Sparta, D. R., Stamatakis, A. M., Phillips, J. L., Hovelsø, N., Van Zessen, R., Stuber, G. D. Construction of implantable optical fibers for long-term optogenetic manipulation of neural circuits. Nature Protocols. 7 (1), 12-23 (2012).
  10. Stripling, J. S. A simple intravenous catheter for use with a cranial pedestal in the rat. Pharmacology, Biochemistry and Behavior. 15 (5), 823-825 (1981).
  11. Lin, J. Y., Lin, M. Z., Steinbach, P., Tsien, R. Y. Characterization of engineered channelrhodopsin variants with improved properties and kinetics. Biophysical Journal. 96 (5), 1803-1814 (2009).
  12. Paxinos, G., Watson, C. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates Hard Cover Edition. , 466 (2013).
  13. Ting, J. T., Daigle, T. L., Chen, Q., Feng, G. Acute brain slice methods for adult and aging animals: Application of targeted patch clamp analysis and optogenetics. Methods in Molecular Biology. 1183, 221-242 (2014).
  14. Bender, B. N., Torregrossa, M. M. Dorsolateral striatum dopamine-dependent cocaine seeking is resistant to pavlovian cue extinction in male and female rats. Neuropharmacology. 182, (2021).
  15. Milton, A. L., Everitt, B. J. The persistence of maladaptive memory: Addiction, drug memories and anti-relapse treatments. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 36 (4), 1119-1139 (2012).
  16. Torregrossa, M. M., Taylor, J. R. Learning to forget: Manipulating extinction and reconsolidation processes to treat addiction. Psychopharmacology. 226 (4), 659-672 (2013).
  17. Kalivas, P. W., Volkow, N. D. The Neural Basis of Addiciton: A Pathology of Motivation and Choice. American Journal of Psychiatry. 162 (8), 1403-1413 (2005).
  18. Stefanik, M. T., et al. Optogenetic inhibition of cocaine seeking in rats. Addiction Biology. 18 (1), 50-53 (2013).
  19. Arguello, A. A., et al. Role of a Lateral Orbital Frontal Cortex-Basolateral Amygdala Circuit in Cue-Induced Cocaine-Seeking Behavior. Neuropsychopharmacology. 42 (3), 727-735 (2017).
  20. Cruz, A. M., Spencer, H. F., Kim, T. H., Jhou, T. C., Smith, R. J. Prelimbic cortical projections to rostromedial tegmental nucleus play a suppressive role in cue-induced reinstatement of cocaine seeking. Neuropsychopharmacology. 46 (8), 1399-1406 (2021).
  21. Cruz, F. C., Javier Rubio, F., Hope, B. T. Using c-fos to study neuronal ensembles in corticostriatal circuitry of addiction. Brain Research. 1628, 157-173 (2015).
  22. Rubio, F. J., et al. Context-Induced Reinstatement of Methamphetamine Seeking Is Associated with Unique Molecular Alterations in Fos-Expressing Dorsolateral Striatum Neurons. Journal of Neuroscience. 35 (14), 5625-5639 (2015).
  23. Siuda, E. R., et al. Spatiotemporal Control of Opioid Signaling and Behavior. Neuron. 86 (4), 923-935 (2015).
  24. McCracken, C. B., Grace, A. A. High-frequency deep brain stimulation of the nucleus accumbens region suppresses neuronal activity and selectively modulates afferent drive in rat orbitofrontal cortex in vivo. Journal of Neuroscience. 27 (46), 12601-12610 (2007).
  25. Zhang, H., Bramham, C. R. Bidirectional Dysregulation of AMPA Receptor-Mediated Synaptic Transmission and Plasticity in Brain Disorders. Frontiers in Synaptic Neuroscience. 12 (26), (2020).

転載および許可

このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します

許可を申請

さらに記事を探す

176

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

個人情報保護方針

利用規約

一般データ保護規則

研究

教育

JoVEについて

Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved