Multi-Region In vivo Recording을 위한 유연하고 편리한 전기생리학적 Optrodes를 제작하기 위한 통합 방법

요약

우리는 전극 제조를 위한 간단하고 비용 효율적인 접근 방식을 개발했으며 자유롭게 움직이는 마우스에서 여러 영역에 걸쳐 신호를 기록했습니다. 다중 지역 전기 생리학 및 칼슘 신호 기록과 함께 광유전학을 활용하면 발작 점화 모델에서 여러 지역의 신경 활동을 밝힐 수 있었습니다.

초록

간질은 여러 뇌 영역과 관련된 동기화된 비정상 방전을 특징으로 하는 신경 장애입니다. 국소 병변은 관련 신경 회로를 통해 간질 신호의 전파를 촉진합니다. 따라서 중요한 뇌 영역의 국소 전위(LFP)를 생체 내에서 기록하는 것은 발작 전파와 관련된 회로를 해독하는 데 필수적입니다. 그러나 현재의 전극 제조 및 주입 방법은 유연성이 부족합니다. 여기에서는 여러 지역에서 전기생리학적 기록(LFP 및 뇌파[EEG])을 위해 설계된 편리한 장치를 소개합니다. 또한 광유전학적 조작 및 칼슘 신호 기록을 LFP 기록과 원활하게 통합했습니다. 간질 발작 동안 여러 개별 영역에서 강력한 배출 후 방출이 관찰되었으며, 칼슘 신호 전달이 증가했습니다. 이 연구에서 사용된 접근 방식은 뇌의 다양한 영역에서 동기 신경 기록을 위한 편리하고 유연한 전략을 제공합니다. 이는 신경 장애와 관련된 여러 영역의 신경 프로필에 대한 통찰력을 제공함으로써 신경 장애에 대한 연구를 발전시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

서문

간질은 경련, 감각 장애, 의식 상실로 나타나는 반복적인 발작을 특징으로 하는 흔한 신경학적 상태이다¹. 간질의 기저에 있는 병태생리학적 기전은 복잡하며 여러 개의 상호 연결된 뇌 영역을 포함한다 ^2,3. 최근 신경영상학의 발전은 뇌전증 ^4,5에 관여하는 대규모 네트워크에 대한 실마리를 제공했다. 그러나 간질의 생성과 전파의 기저에 있는 복잡한 회로와 네트워크 메커니즘에 대한 이해는 여전히 제한적인 상태로 남아 있으며, 이는 부분적으로는 다중 지역 신경 기록 기법의 불충분한 적용에 기인한다⁶. 따라서 서로 다른 뇌 영역에서 신경 활동을 동시에 모니터링할 수 있는 유연하고 통합된 방법을 개발하는 것이 필수적입니다.

발작을 포착하고 간질의 존재를 확인하기 위해 전기생리학적 기록이 수행된다⁷. 전기생리학적 활동을 기록하는 것을 제외하고, 간질 연구에서 특....

프로토콜

이 프로토콜은 Fudan University의 Animal Care and Use Committee의 승인을 받았으며 National Institutes of Health Guide for Care and Use of Laboratory Animals에서 고안한 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다. 이 연구에서 사용된 동물의 수를 최소화하기 위해 가능한 모든 조치를 취했습니다. 각 단계를 수행하는 데 필요한 시간은 해당 단계에 포함됩니다.

1. 전극 준비(그림 1)

1. 적절한 길이의 텅스텐 와이어 (~ 20mm)를 자르고 한쪽 끝의 절연층을 태워 텅스텐 와이어 (1.6-2mm)를 노출시킵니다. 와이어의 다른 쪽 끝을 "L" 모양으로 구부립니다( 그림 1A, ~1분 참조).
2. 텅스텐 와이어의 "L"끝을 광섬유에 조심스럽게 놓습니다 ( 그림 1B, ~ 1 분 참조).
   참고 : 텅스텐 와이어는 광섬유 끝보다 0.2-0.4mm 길어야합니....

토론

여기에서 우리는 여러 지역에 걸쳐 생체 내 신경 신호 기록을 위해 자체 제작한 optrode 장치를 사용했습니다. 동시 광유전학적 자극, 칼슘 신호 기록 및 전기생리학적 기록에 대한 이 시스템의 타당성이 검증되었습니다. 본원에 설명된 전극 제조 방법은 효율적이고 비용 효율적이다. 실험 설계에 따르면, 우리는 관련 뇌 영역의 신호를 기록할 수 있었다. 옵트로데스?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
8-32 adapter	Plexon	Custom ordered	Connect the female connector and headstage
AAV-CaMKIIα-ChrimsonR-mcherry	Taitool Bioscience	S0371-9	4 x 1012 VG/mL
AAV-hsyn-Gcamp6m	Taitool Bioscience	S0471-9	4 x 1012 VG/mL
DAPI	Sigma	236276	Titered 1:500
Dental Cement	New Century Dental	430205
Electrophysiological recordings system	Plexon	Omniplex
Enameled wire	N/A	Custom ordered	Diameter = 0.2 mm
Female connector	N/A	Custom ordered	1.25 mm pitch
Glue	Loctite	45282
Laser	Changchun New Industries	BH81563	635 nm
MATLAB	MathWorks	R2021b
Microdrill	RWD	78001
Multichannel fiber photometry	ThinkerTech	FPS-SS-MC-LED
Optical fiber	Xi'an Bogao	L-200UM	Select the appropriate fiber length based on the depth of the targeted brain regions.
PFA-Coated Tungsten wire	A-M System	795500	Bare 0.002"; Coated 0.0040"
Power meter	Thorlabs	PM100D
Stereotaxic Fxrame	RWD	68807
Tissue adhesive	3M	1469SB