* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מדגים יישום אופטימיזציה N-מתיל-D-glucamine (NMDG) שיטת שחזור מגן המוח פרוסה ההכנה. ניסוח מדיה בודד משמש להשיג באופן אמין פרוסות המוח בריא של בעלי חיים בכל גיל, וגם עבור יישומים שונים ומגוונים ניסיוני.
פרוטוקול זה הוא מדריך מעשי N-מתיל-D-glucamine (NMDG) שיטת שחזור מגן המוח פרוסה ההכנה. מחקרים אחרונים רבים יש לאמת את התועלת של שיטה זו לשיפור שימור עצביים, הכוללת הכדאיות פרוסה של המוח. היישום של טכניקה זו על ידי המוקדמים הנחתה מפורט חקירות תפקוד המוח באמצעות מגוון יישומים ניסיוני, על פני מגוון רחב של בעלי חיים הגילאים, אזורים במוח, ואת סוגי תאים. השלבים הבאים מתוארים שבצעתי שחזור מגן המוח פרוסה הטכניקה באמצעות אופטימיזציה NMDG נוזל מוחי שדרתי מלאכותי (כלנית חדד) מדיה ניסוח וההליך משופרת כדי להשיג בצורה אמינה פרוסות המוח בריא עבור תיקון קלאמפ אלקטרופיזיולוגיה. עם גישה מעודכנת זו, שיפור ניכר הוא ציין את המהירות, אמינות של ג'יגה אוהם לאטום היווצרות במהלך תיקון ממוקד קלאמפ הקלטה ניסויים תוך שמירה על שימור עצביים מעולה, ובכך להקל מאתגר יישומים ניסיוני. התוצאות נציג ניתנים מן המלחציים נוירון רב תיקון רישום ניסויים כדי assay קישוריות סינפטית פרוסות המוח neocortical שהוכנו העכברים הטרנסגניים למבוגרים צעירים, בוגרים מבוגרים דגימות נוירוכירורגיים אנושי. יתר על כן, שיטת שחזור מגן NMDG אופטימיזציה ששיספתי המוח הוא תואם עם חיות הן לנוער והן למבוגרים, ובכך לפתרון מגבלה של המתודולוגיה המקורי. לסיכום, ניתן ליישם על ניסוח מדיה בודד והמוח חותך הליך על פני מינים והגילאים השונים כדי להשיג מעולה לשימור הכדאיות ורקמות.
המוח חריפה פרוסה ההכנה היא מערכת חיוניים דגם ניסיוני במדעי המוח. בערך חצי מאה, פלטפורמה זו אפשרה דינמי מחקרים תפקודית של המוח החי על פני מגוון רחב של אזורים במוח האנטומי של מיני בעלי חיים. אם היישום המיועד הוא ביוכימיה, הדמיה תפקודית, מורפולוגיה או אלקטרופיזיולוגיה, זה חשיבות עליונה כדי להבטיח תקינות האופטימלי ואת הכדאיות של הרקמה הפרוס. זה מסיבה זו כי ההכנה פרוסה מדרגית המוח מכרסמים לנוער (קרי, צעיר יותר כמחנכת ליום 30 עכברים) כבר המועדף ביותר עד כה. הקושי בהשגת המוח מספיק בריא פרוסות של מבוגר בוגר, הזדקנות חיות הוכיחה להיות אתגר עצום עבור רוב מטילה מגבלות חמורות ללמוד אדריכלות תפקודית של המוח בוגרת. זה נכון במיוחד עבור תיקון קלאמפ הקלטה, טכניקה דורשת שימור פונקציונלי מורפולוגיים מעולה, היא הכרחית עבור אפיון מפורט ומאפייני מהותי סינפטית של נוירונים יחיד שזוהה. מספר עשורים, הרוב המכריע של תיקון קלאמפ electrophysiologists צריכים לסמוך על שיטת 'מגן חיתוך' באמצעות שהוחלפו סוכרוז נמוך Na+ חנה המבר1 להכנת פרוסות המוח בריא של ילדותי, רחוק במידות שונות במידה אפרוחי למבוגרים. שיטה זו מבוססת על ההנחה כי זרם Na+ פסיבי, הזנת מים הבאים ותא נפיחות במהלך השלב חיתוך פרוסה היא העלבון השולט שמוביל הישרדות המסכן של נוירונים, במיוחד עבור אלה נוירונים הממוקמת שכבות שטחיות שסביר לקיים טראומה ישירה מהתנועה להב. עם זאת, שיטת חיתוך מגן עדיין משאיר רחוק ממשביע להכנה פרוסה מוח מחיות למבוגרים בוגר ללא קשר ניסוח מסוים חנה המבר מיושמת.
פתרון פשוט אך יעיל לבעיה זו היה תיאר2,3,4,5,6 , כינה את השיטה פרוסה של המוח 'שחזור מגן'. הגירסה המקורית של שיטה זו משתמש של NMDG שהוחלפו כלנית חדד, כפי NMDG היה מזוהה ביותר תכליתי ויעיל בקרב שונים אחרים המועמד נתרן יון תחליפים (כולל סוכרוז, גליצרול, כולין, טריס). ניסוח מדיה היה משופרת נוספת על ידי תוספת של HEPES להתנגד המוח פרוסה בצקת ולספק pH חזק יותר באגירת7, וכן התוספת של תוספים כדי לנטרל את השפעות מזיקות של סטרס חמצוני (טבלה 1). מדעית נקבע כי דגירה ההחלמה הראשונית נה נמוך+, נמוך Ca2 +, ולקבל גבוהה מ ג2 + NMDG חנה המבר מיד לאחר בציעת רקמת המוח למבוגרים היה נחוץ וגם מספיק עבור שיפור עצביים שימור על טווח רחב של אזורים במוח, סוגי תאים בעלי חיים גילאי3,5,6.
ראוי לציין, גלגולים קודמות של מה עכשיו שכונתה שיטת שחזור מגן ניתן למצוא את הספרות1,8,9,10,11,12, 13, למרות הפוטנציאל המלא מבוגרים למבוגרים, הזדקנות החייתי במוח פרוסה, תיקון קלאמפ ההקלטה לא הייתה מוכרת או הפגינו בעבודות קודמות אלה. בנוסף, הניואנסים וריאציות פרוצדורלי ממשיכים להגיח לתמיכה יישומים ספציפיים ניסיוני4,14,15,16. הגוף הקולקטיבי של העבודה של קבוצות מחקר רבות אלה מקנה ביטחון מלא ב החוסן של פעולת שחזור מגן לשימור רקמות משופרת. שיטת שחזור מגן NMDG יש עכשיו כבר נרחב אימץ ויושמו תוך ניצול למבוגרים החייתי במוח פרוסה ההכנות מחקרים רבים של מחקר שפורסם. מחקרים אלה חריפה פרוסה span17,neocortical3,18, בהיפוקמפוס15,19,20,21, striatal22 , 23 , 24, המוח האמצעי25,26,27,28,29ו hindbrain30,31,32, 33 , 34 אזורים, ועוד מגוון של סוגי נוירוטרנסמיטר, המודל העצבי כולל4,glutamatergic30, GABAergic18,20,31,35 ,36, דופאמין24,29,37,38,37,שימוש14,38, 39, noradrenergic40, תכולה27,28 עצבית. השיטה מתאימה מאוד גם על השליטה optogenetic פעילות. עצבית פרוסות נגזר מ-3,חיות הטרנסגניים39 או בעקבות ויוו ויראלי זריקות17,27, 28,40,41,42,43, כמו גם פונקציונלית Ca2 + הדמיה של פעילות. עצבית2,44 45, ,46. ניתוחים של טווח קצר פלסטיות4,47,48 וגם צורות מגוונות של לטווח ארוך פלסטיות16,35,48 כבר דיווח. מחקר שנערך לאחרונה החלת שיטת שחזור מגן NMDG כדי להקל על נרחבת ושיטתית חיטוט של קישוריות סינפטית בקליפת הראיה פרוסות המוח בוגרת בעכבר למבוגרים באמצעות octopatch את ההקלטה תצורה49 – רב עוצמה הפגנה של השירות ואת החוסן של שיטה זו. שיטת שחזור מגן אפילו הוחל בהצלחה בהקשרים ניסיוני בעבר בלתי צפויות, כגון, שיפור שימור להערכת pericytes פרוסות המוח קורטיקלית למבוגרים50, מלחציים תיקון הקלטה מ מושתלים interneuron אוכלוסיות בעוד בן 1-1.5 שנה מחלת אלצהיימר העכבר דגמי20, של המוח למבוגרים פרוסה קולטן סחר assay51.
הפרוטוקול הבא מתאר הליכים מפורטים ליישום שיטת שחזור מגן NMDG אופטימיזציה של המוח פרוסה הכנה לשיפור הכדאיות של פרוסות המוח חריפה. העקרונות לשימור עצביים משופרת הנזכרים, כמו גם הדגמה של היתרונות ברורים של מתודולוגיה זו עבור תיקון נוירון רב מורכבים קלאמפ הקלטה ניסויים פרוסות המוח הצעיר העכבר הטרנסגניים למבוגרים והן למבוגר בוגר פרוסות המוח האנושי הנוירוכירורגית. פרוטוקול הבאים אומתה עבור עכברים מן בן 21 ימים בת אחד או יותר, כמו גם לגבי האדם דגימות נוירוכירורגיים נגזר חולים מבוגרים.
נהלים הקשורים העכברים הטרנסגניים אושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC) במכון אלן למדעי המוח. עכברים C57BL/6 גם זכר וגם נקבה (טווח משקל 10-30 גר') שימשו בניסויים אלה. חלק מהתוצאות נציג לתאר את הנתונים שנאספו מ פרוסות המוח האנושי חי. דגימות רקמה neocortical התקבלו במהלך neurosurgeries להסרת הגידול. היה צורך להסיר את הרקמה neocortical שמעליה כדי לקבל גישה אל רקמות חולות. החולה והסכמתו מושכלת הושג בכל המקרים לשימוש של רקמות נוירוכירורגיים למטרות מחקר תחת פרוטוקול שאושר על ידי ועדת הבדיקה המוסדי של מרכז רפואי שוודי.
1. הכנת המדיה, ריאגנטים (טבלה 1)
הערה: פתרונות צריכה להיות מורכבת במים מטוהרים ללא תשלום במתכות, זיהומים אחרים. מומלץ כי פתרונות לעשות טרי ביום של הניסוי, למרות פתרונות שאינם בשימוש ניתן לאחסן ב 4 ° C עד 1 בשבוע, אם רצונך בכך. 1 ליטר של כל ניסוח לעיל מספיקה להליכי עם פרוסות 1 – 2. כל הפתרונות חנה המבר חייב להיות רווי carbogen (95% או2/5% CO2) לפני השימוש כדי להבטיח pH יציב אגירה חמצון נאותה. ה-pH של כל הפתרונות צריך להיות מותאם 7.3-7.4 ו osmolality נמדד, להתאים ל- 300-310 mOsmol/kg.
2. ההתקנה של התחנה עם פרוסות
3. Transcardial זלוף
הערה: ההליך זלוף transcardial היא צעד חשוב בעת עבודה עם חיות למבוגרים, חשוב להשיג קירור מהיר של המוח, האט את המטבוליזם באמצעות אינפוזיה המוח של נה נמוך+, נמוך Ca2 +גבוהה מ ג2 + כלנית חדד פתרון. זלוף transcardial משמש גם כדי לנקות את כדוריות הדם האדומות של המוח להערכת, אשר מפחית autofluorescence שעלולות להפריע ויזואליזציה והיעדים של אוכלוסיות תאים fluorescently עם תוויות שורות הטרנסגניים. . זה לא רצוי להשמיט זלוף transcardial...
4. המוח לנתיחה וחלוקת
5. אופטימיזציה הליך ההתאוששות מגן NMDG
6. תיקון קלאמפ הקלטה
הערה: ההליכים הבסיסיים הבאים רק לספק כמה שיקולים מעשיים ולא נועדו לייצג את הפרוטוקולים מפורט להקלטות מלחציים תיקון, כמו אלה ניתן למצוא במקומות אחרים53,54. מעטה אלקטרופיזיולוגיה מלחציים תיקון נדרש עבור יישום זה. זה יהיה בדרך כלל מורכב מיקרוסקופ זקוף מצויד אופטיקה חדות (IR-DIC) התערבות דיפרנציאלית אינפרא-אדום, מערכת תאורה פלורסצנטיות, תיקון קלאמפ מגבר עם נתונים digitizer, מוטורי micromanipulator, מיקרוסקופ פלטפורמה, רטט בידוד טבלה, כלוב פאראדיי ומערכת פתרון חימום זלוף. הדגימה קאמרית ואת פלטפורמת צריך להיות מתוכנן עבור הקלטת המשוקע פרוסה. להקלטות מלחציים תיקון נוירון רב, נדרש מעטה מצוידים עם מספר מגברים, ראש בשלבים, micromanipulators באיכות גבוהה. בנוסף, לקבלת תוצאות מיטביות, מעטה מצויד 900 ננומטר IR מסנן, התאמת רכיבים אופטיים מומלץ מאוד כדי להבטיח הדמיה נאותה של תאים ממוקם > 50 מיקרומטר עמוק בתוך פרוסות המוח. יישור תקין לתאורת Kӧhler חשוב גם עבור פריט חזותי ברור.
סעיף זה מספק תוצאות נציג עבור המוח שגרתית פרוסה והכנה תיקון קלאמפ אלקטרופיזיולוגיה ניסויים באמצעות פעולת השירות לשחזור מגן ממוטב NMDG (כלומר, NMDG מגן התאוששות בשילוב עם הדרגתית Na+ ספייק-אין הליך). שימור הראשון, מורפולוגי נוירונים הוערך באזורים שונים במוח של פרוסות המוח המוכן עם או בלי ליישם את שיטת שחזור מגן ממוטב NMDG (איור 1). שלושה עכברים בוגרים בן חודש נבחר עבור ניסויים אלה, השתמשנו IR-DIC מיקרוסקופ כדי לקבוע נוירון בריאות המבוססת על הצורה והמראה הכללי של somata ו דנדריטים הפרוקסימלית. שימו לב למראה pyknotic מצומקת, רוב הנוירונים של תמונות נציג של פרוסות המוח מוכן ללא שיטת שחזור מגן (כל התמונות התקבלו h 1-2 לאחר הכנה פרוסה). פרוסות שליטה אלה הוכנו באמצעות כלנית חדד NMDG עבור transcardial זלוף וחלוקת צעדים אבל בתחילה התגלו ב Na גבוהה+-המכילים כלנית חדד HEPES. לעומת זאת, תמונות נציג מ הפרוסות שהוכנו באמצעות שיטת אופטימיזציה של שחזור מגן NMDG לחשוף את הנוירונים עם שיפור מורפולוגיות (וחלק יותר, מלאים יותר, פחות מראה מקומט) המתאימים מלחציים תיקון הקלטה (איור 1)-שימור עצביים משופרת נצפתה על פני אזורים במוח מרובים כולל neocortical שכבות II/III ו- V, subiculum, הגבי גרעין הברך הצדי (dLGN).
בשלב הבא, שיטת אופטימיזציה של שחזור מגן NMDG נמשל בשיטה המקורית NMDG השחזור מגן (קרי, ללא Na+ הדרגתית ספייק-אין הליך). הזמן הממוצע עבור ג'יגה אוהם חותם-צורה מלחציים תיקון הקלטה ניסיונות באופן דרמטי, באופן משמעותי צומצם (9.9 s לעומת 33.3 s, * *p < לזווג 0.005, t-מבחן) מתי הוחל Na+ הדרגתית ספייק-אין הליך יחד עם הצעד שחזור מגן NMDG (איור 2). קרום מהיר ואמין יותר איטום פעמים רבות לשפר את התפוקה של קלאמפ תיקון הקלטה לפרוסות המוח למבוגרים צעירים. נה+ אופטימלי בספייק לוח הזמנים השתנה עוד יותר על פי גיל בעלי חיים (טבלה 2) והיה מועיל לכל הגילאים נבדק (3 שבועות לעכברים בן שנה). הפרופיל של העלאת ריכוז יון נתרן הדרגתי לאורך כל הקורס של ההליך ספייק-in מסופק (איור 3) ללוות את לוחות הזמנים המוצגים בטבלה 2.
כחלק מן התוכנית סוגים (http://celltypes.brain-map.org/) תא מכון אלן שמאמץ בקנה מידה גדול נמצא בשלבי כדי באופן שיטתי לאפיין את המאפיינים אלקטרופיזיולוגיות מהותי של נוירונים בודדים למבוגרים צעירים (יום לאחר הלידה 40-80) העכבר חזותיים מוח קליפתי פרוסות נגזר הטרנסגניים קווים עם תא סמן פלורסנט ייחודיים לסוג ביטוי באוכלוסיות גנטית מוגדרת על-ידי עצביים (שכבה קורטיקליים ו סוג התא שורות מסוימות של התקן Cre עבר פלורסנט תלויי-Cre כתב קו55). איור 4 מראה דוגמה עקבות של הדפוסים ירי הקליטה של Parvalbumin (Pvalb)-הבעת קורטיקלית עולה מהר (FS) interneurons (Pvalb-IRES-Cre/Ai14 עכברים) בתגובה לסדרת 1 s נוכחי הזרקת שלבים שמכסים את הטווח הדינמי של נוירון ירי. לקרן-אני עקומת עבור dataset של 22 interneurons FS בקליפת המוח מוצגת בצד ימין. בדומה ממוקד תיקון קלאמפ הקלטה הניסויים בוצעו לאפיין 23 לבטא Rorb מעוררות נוירונים שכבה IV של עכברים Rorb-IRES-Cre/Ai14 (איור 4). סוגי נוירון בריא מגוונות כולל FS interneurons ו נוירונים הפירמידלית הבנויה על פני אזורים קורטיקליים ושכבות באופן שגרתי ובאמינות ניתן לפלח עבור תיקון קלאמפ מהקלטה לפחות 6-8 שעות לאחר ההכנה פרוסה בעזרת זה אופטימיזציה פרוטוקול.
בנוסף מדידת מאפיינים עצביים מהותי, נבדקה סינפטית קישוריות בין נוירונים מרובים המוקלטת בו זמנית של סוגים המוגדרים בחזותי מתוכנת קורטיקלית. המלחציים נוירון רב תיקון הקלטה טכניקה באופן יוצא מן הכלל דורש, כמו נוירונים רבים המועמד בריא של סוגים המוגדרים חייבים להיות נוכחים בתוך שדה קטן יחסית של הפרוסה המוח על מנת להבטיח סיכוי סביר להשגת איכות גבוהה הקלטות בו-זמנית, זיהוי קשרים סינפטיים פיד ה bona . איור 5 מציג הקלטה המכפלות של שני tdTomato + FS interneurons קליפת הראיה של פרוסות המוח נגזר עכברים Pvalb-IRES-Cre/Ai14 למבוגרים צעירים. חד כיווני מעכבות סינפטית חיבור חזק זוהה (הקליט עם פתרון פיפטה פנימי גבוה כלוריד). דוגמה הקלטות ופרוטוקולים למדידת תכונות פלסטיות סינפטית לטווח קצר מוצגים. התקפי של גירוי הרכבת בתדירות גבוהה (10 פולסים כל-10, 50 ו- 100 הרץ) הובילו פולסים מבחן יחיד שחזור במרווחי זמן שונים (1, 2 או 4 s) כדי למדוד את מסלול זמן ההחלמה מדיכאון סינפטית.
הצלחה מעולה התקבל גם עבור האדם neocortical נוירונים בוגרים מבוגרים שמחוץ פרוסות המוח. דגימות נוירוכירורגיים מתקבלים מן בחולים שעברו ניתוחים מתוזמנת להסרת הגידול בבתי חולים מקומיים. לנהלים בדבר הובהלת. מרקמות המוח ואוסף פרוסה הכנה שונים מהנהלים פרוסה מוח העכבר כמה דרכים מעשיות. בקצרה, הרקמה neocortical resected (דיסטלי לאתר של פתולוגיה) שנאסף חדר הניתוח שקוע אל תוך קר כקרח מחומצן כלנית חדד NMDG-HEPES ואני מועבר עם רציף מצמררת, חמצון של חדר הניתוח מעבדה בתוך 30 דקות או פחות. פרוסות המוח שהוכנו באמצעות ההליך לשחזור מגן NMDG, מותר לשחזר למשך זמן ממושך של-3 שעות לפני ביצוע תיקון קלאמפ הקלטות. איור 6 מראה הצלחה לזווג הקלטה ניסוי, ניסוי מוצלח תיקון קוודרופל (לארבעה) הקלטה קלאמפ מן האדם שמחוץ פרוסות המוח שהוכנו בצורה זו מן האזור החזיתית. ההקלטה לזווג מדגים חד כיווני קלט סינפטית סינאפסות נוירון כפירמידה בקליפת המוח אל interneuron בקליפת המוח (שהוקלט סינאפסות זרמי postsynaptic). במדבקה מרובע ניסוי שני סינאפסות שני נוירונים מעכבות נרשמו בו זמנית ולאחר שלושה קשרים סינפטיים מעכבות אותרו (שהוקלט מעכבות פוטנציאל postsynaptic) מתוך שתים עשרה חיבורים הכולל ובחן. לפיכך, מתודולוגיה זו פרוסה ממוטבת המוח מאפשר אמין ניסיוני הצלחה המאתגרות ביותר של המוח פרוסה יישומים, כולל תיקון נוירון רב ניסויים קלאמפ מעגל חיבוריות במוח בחריפות resected בוגרת למבוגרים האנושי רקמות.
איור 1: השתפר שימור עצביים באמצעות שיטת שחזור מגן NMDG אופטימיזציה של המוח פרוסה הכנה- נציג IR-DIC תמונות נרכשו מאזורים במוח מגוונות בפרוסות חריפה של עכבר בת שלושה חודשים. לשלוט NMDG לשיטת הביתור מגן ללא צעד שחזור מגן (לוחות שמאלה) לעומת NMDG אופטימיזציה שחזור מגן שיטה (לוחות נכון). (א) שכבה V של קליפת, (B) שכבה II/III של קליפת, subiculum (ג) ו- (ד) הגבי גרעין הברך הצדי (dLGN). ברים בקנה מידה כל לוחות הם 20 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: נתיב מהירות ואמינות משופרת של ג'יגה אוהם חותם-צורה מלחציים תיקון רישום ניסויים באמצעות שיטת שחזור מגן NMDG Na+ ספייק-אין הליך. (א) מגרש היווצרות חותם ג'יגה אוהם פעמים להתאוששות NMDG לבד (שחור נקודות נתונים, n = 19) לעומת NMDG השחזור פלוס Na+ ספייק-אין הליך (נקודות נתונים אדום, n = 23). כל התאים מוקלטים היו נוירונים כפירמידה בשכבה II/III או V של קליפת הראיה. שימו לב, הזמן המקסימלי הוא הכתיר ב-100 s עבור תאים כי מעולם לא יצרו חותמות ג'יגה אוהם. מזווגים t-לבדוק, * *p < 0.005. (B) העלילה של נח קרומית אפשרית (RMP) של נוירונים כפירמידה שכבה V (נקודות נתונים כתום, n = 10/11), נוירונים כפירמידה II/III (ירוק נקודות נתונים, n = 9/10), או interneurons Pvalb + FS בקליפת המוח (כחול נקודות נתונים, n = 23/22). החוגים מוצק מציינות את מצב שחזור NMDG ופתח שחזור NMDG עיגולים בתוספת Na+ ספייק-אין הליך. כל נקודת נתונים מייצג נוירון אחד, שני הממוצע, + /-SEM מוצגים. אין הבדלים משמעותיים ב RMPs השוואה בין המוח פרוסה הכנה התנאים עבור כל שלושת תא סוגים (מזווגים t-מבחן). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 : פרופיל של העלאת ריכוז יון נתרן הדרגתי לאורך כל הקורס של ההליך ספייק-ב. (א) העלילה של ספייק-ב NaCl ריכוז נגד הזמן. (B) חלקת הריכוז NaCl חוץ-תאית נגד הזמן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 : מהותי אלקטרופיזיולוגיות מאפיינים של סוגי גנטית מוגדרת על-ידי תאים קורטיקליים. (א) דוגמה עקבות של ירי עצביים בתגובה הנוכחי שלבי הזרקת Pvalb + קורטיקלית FS interneurons (החלונית הימנית). tdTomato + נוירונים ממוקדים להקלטות פרוסות המוח של עכברים Pvalb-IRES-Cre/Ai14 נתוני סיכום עבור ירי קצב-נוכחי הזרקת היחסים (F-אני עקומת) מוצגים בצד ימין (n = 22). (B) דוגמה עקבות של ירי עצביים בתגובה שלבי הזרקת הנוכחי לבטא Rorb קורטיקלית שכבה IV סינאפסות נוירונים (החלונית הימנית). tdTomato + נוירונים ממוקדים להקלטות פרוסות המוח של עכברים Rorb-IRES-Cre/Ai14 נתוני סיכום עבור ירי קצב-נוכחי הזרקת היחסים (F-אני עקומת) מוצגים בצד ימין (n = 23). כל חבל דק בצבע מייצג את F-אני עקומת עבור נוירון בודד; ואילו הקווים שחור עבה מייצג את הממוצע עבור כל קבוצה + /-ב-SEM אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: פלסטיות לטווח קצר ב synaptically מחובר interneurons קורטיקלית לבטא Pvalb FS- (א) הפרעות דיפרנציאלית ניגודיות epifluorescence שימשו למטרה interneurons FS tdTomato-חיובי, Pvalb-ביטוי של קליפת הראיה העיקרית העכבר. צבע מקודד תרשים סכמטי קישוריות מפגין חיבור סינפטית חד צדדית בין interneurons שני. תיאור סכמטי של הפרוטוקולים גירוי להערכת dynamics לטווח קצר של נוירונים המחוברים synaptically (B). רכבות של פוטנציאל פעולה 10 (10, 50 ו- 100 הרץ) המתעוררים הנוירון presynaptic, ואחריו יחיד פוטנציאל הפעולה (שחזור בדיקת הדופק, RTP) נמסר עם השהיית זמן שונים (1, 2 ו- 4 s) לאחר הרכבת הופסק. כל RTP הם צבע מקודד עבור בהירות. (ג) ממוצע עקבות המתאימים חד-צדדית מעכבות הפוסט-סינפטית פוטנציאל (uIPSPs) בתא #2 בתגובה רכבות של פוטנציאל פעולה עורר תא #1. שיבוץ אפור התרחב סרגל זמן להראות תיחום של הרכבת uIPSP. (ד) Normalized uIPSP amplitudes מותוות כפונקציה של המיקום שלהם במהלך רכבות בתדרים שונים. דיכאון נטו הוא ברור על פני כל קלט את המחירים התאוששות משמעותית של uIPSP ב-4 ס אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: הקלטות מלחציים תיקון נוירון רב-נוירולוגי למבוגרים אנוש המוח פרוסות. תמונות ההגדלה נמוך וגבוה IR-DIC (A) המציין את המיקום ואת זהותו של הנוירונים מוקלטות (לוחות העליון). נוירון כפירמידה (כוכבית שחור) עם השכן interneuron (בכוכבית אדומה) נרשמו בו זמנית. לדוגמה צבע מקודד עקבות של חיבור סינפטית סינאפסות חד כיווני (ESPC) מתא כפירמידה interneuron (נמדד במתח קלאמפ כמו EPSCs), החיבור הפיזי המקביל מפה (לוחות התחתון). (B) תיקון מרובע קלאמפ הקלטה בניסוי פרוסה למבוגרים המוח נוירוכירורגיים האנושי של הבדיקה נגמרה. שני נוירונים כפירמידה, interneurons שני נרשמים בו זמנית, המאפשרות בדיקה רציפה של 12 קשרים סינפטיים אפשרי. רכבת של פעולה לפוטנציאלים תא #3 (עקבות ירוק) הובילו גילוי של פוטנציאל פוסט-סינפטיים מעכבות (IPSPs) בכל אחד אחר שלושה מוקלט בו זמנית הנוירונים (שלושה אזורים מסגרת, לוחות העליון). התגובות הקליטה של כל נוירון הפרט הם צבע מקודד עבור בהירות. המפה הקשר גופניות מוצג בחלונית התחתונה. הערה עקבות raw שמוצג (B) מייצגים את הממוצעים לפחות 20 הנתונים הגולמיים רצופים מטאטא. זיהוי בשם של סוג התא היה מבוסס על הצורה סומא, ניתוח של מורפולוגיה מאת הפלורסנט מילוי במהלך הקלטות ומאפיינים מהותי אלקטרופיזיולוגיות כולל את דפוסי הירי בתגובה נוכחי הזרקת צעדים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
כלנית חדד NMDG-HEPES | HEPES אחזקות כלנית חדד | הקלטה כלנית חדד | |||||||
רכיב | מ מ | MW | גרם/ליטר | מ מ | MW | גרם/ליטר | מ מ | MW | גרם/ליטר |
NMDG | 92 | 195.22 | 17.96 | ||||||
HCl | 92 | 36.46 | * | ||||||
NaCl | 92 | 58.44 | 5.38 | 124 | 58.44 | 7.25 | |||
אשלגן כלורי | 2.5 | 74.55 | 0.19 | 2.5 | 74.55 | 0.19 | 2.5 | 74.55 | 0.19 |
2PO NaH4 | 1.2 | 138.00 | 0.17 | 1.2 | 138.00 | 0.17 | 1.2 | 138.00 | 0.17 |
NaHCO3 | 30 | 84.01 | 2.52 | 30 | 84.01 | 2.52 | 24 | 84.01 | 2.02 |
HEPES | 20 | 238.31 | 4.77 | 20 | 238.31 | 4.77 | 5 | 238.31 | 1.19 |
גלוקוז | 25 | 180.20 | 4.51 | 25 | 180.20 | 4.51 | 12.5 | 180.20 | 2.25 |
סודיום אסקורבט | 5 | 198.00 | 0.99 | 5 | 198.00 | 0.99 | 0 | 198.00 | 0.00 |
Thiourea | 2 | 76.12 | 0.15 | 2 | 76.12 | 0.15 | 0 | 76.12 | 0.00 |
פירובט נתרן | 3 | 110.04 | 0.33 | 3 | 110.04 | 0.33 | 0 | 110.04 | 0.00 |
MgSO4.7H2O | 10 | 246.48 | 5 מ | 2 | 246.48 | 1 מ"ל | 2 | 246.48 | 1 מ"ל (2 מ' מניות) |
CaCl2.2H2O | 0.5 | 147.01 | 0.25 mL | 2 | 147.01 | 1 מ"ל | 2 | 147.01 | 1 מ"ל (2 מ' מניות) |
* titrate ה-pH של כלנית חדד NMDG-HEPES עד 7.3-7.4 באמצעות HCl מרוכזת | |||||||||
כל הפתרונות צריך להיות בטווח 300-310 mOsm/Kg |
טבלה 1: מדיה ניסוחים.
בעלי חיים גיל | |||||
הזמן (דקות) * | < 1 חודש | 1-3 חודשים | 3–6 חודשים | 6–12 חודשים | 12 + חודשים |
0 | 250 ΜL | 250 ΜL | |||
1 | |||||
2 | 250 ΜL | ||||
3 | |||||
4 | 500 ΜL | ||||
5 | 250 ΜL | 250 ΜL | |||
6 | 1000 ΜL | ||||
7 | |||||
8 | 2000 ΜL | ||||
9 | |||||
10 | העברה | 500 ΜL | 250 ΜL | 250 ΜL | |
11 | |||||
12 | |||||
13 | |||||
14 | |||||
15 | 1000 ΜL | 500 ΜL | 250 ΜL | 250 ΜL | |
16 | |||||
17 | |||||
18 | |||||
19 | |||||
20 | 2000 ΜL | 1000 ΜL | 500 ΜL | 250 ΜL | |
21 | |||||
22 | |||||
23 | |||||
24 | |||||
25 | העברה | 2000 ΜL | 1000 ΜL | 500 ΜL | |
26 | |||||
27 | |||||
28 | |||||
29 | |||||
30 | העברה | 2,000 ΜL | 1,000 ΜL | ||
31 | |||||
32 | |||||
33 | |||||
34 | |||||
35 | העברה | 2,000 ΜL | |||
36 | |||||
37 | |||||
38 | |||||
39 | |||||
40 | העברה | ||||
* זמן אפס זה שהפרוסות רגע מועברים אל החדר ההחלמה הראשונית |
בטבלה 2: זמנים מומלצים נה הדרגתית + ספייק-אין הליך על פי גיל העכבר.
נה + ספייק-in משפר את היווצרות חותם ג'יגה אוהם, מלחציים תיקון הקלטה הצלחה
הגירסה הראשונית של שיטת שחזור מגן NMDG תוכנן במיוחד עבור בוגרים ובעלי הזדקנות2,5. שכמה מהמקדימים ביקשו גם ליישם מתודולוגיה זו כדי לחתוך קטין החייתי במוח (כלומר, עכברים < בת 30 ימים). עם זאת, זה נרשמה כי בניגוד מצטיינים ואושרו מבחינה ויזואלית עצביים שימור באמצעות שיטת שחזור מגן NMDG בטווח הגיל הזה, היווצרות חותם ג'יגה אוהם יכול לעתים קרובות לעכב, שמוביל מלחציים תיקון כושל להקליט ניסיונות. אחת ההשערות היא כי קטיונים NMDG יותר בקלות לכוד בתוך פרוסות המוח ילדותי ביחס פרוסות המוח למבוגרים יכולים לעכב היווצרות ים; אולם, חותמות ג'יגה אוהם יכול ליצור בקלות בזמן פרוסות המוח לנוער הם שקועים לחלוטין NMDG כלנית חדד (נתונים לא מוצג), ובכך כמסמן את NMDG חנה המבר כשלעצמו הוא לא הפגיעה ג'יגה אוהם חותם היווצרות.
המעבר נמוך-גבוהה פתרון Na+ בסיום השלב הראשוני במוח פרוסה שחזור מהיר גורם נזק לממברנות עצביים, perturbs את תהליך היווצרות של החותם. זה אינטואיטיבי נתון כי המעבר נמוך-גבוהה Na+, הטמפרטורה הקרה-אל-חמה, העלאה דרמטית של Ca2 + מ ג2 + יחס להוביל באופן קולקטיבי תחייתו מסיבית של פעילות סינפטית ספונטנית. שלב זה ריבאונד מעכבות במוח עם פרוסות הליך סביר להניח מראה פגיעה פגיעה reperfusion לאחר עלבון איסכמי. לכן, בכדי להמתיק נזק הממברנה עצביים בשלב ההחלמה הראשונית ש-na+ הדרגתית ספייק-אין נוהל נכלל בהן העלאת ריכוז Na+ בחדר דגירה שחזור מגן NMDG הוא לאט לאט reproducibly מוגבה עם תזמון מדויק. ההליך לשחזור מגן המקורי, דיסוציאציה הטמפורלי של Na+ העלאה של טמפרטורה, Ca2 +/Mg2 + יחס גובה הוא מועיל. אבל בנוסף, ההליך ספייק ב- Na+ מוביל לעלייה מצטבר קטן ריכוז Na+ חוץ-תאית על נקודות זמן מוקדם ועל עליות גדולות לקראת נקודות זמן מאוחר, כך יכלו על רקמת המוח הזדמנות כדי להתאים טוב יותר את רמות Na+ העולה. ההליך זה שאלטרנטיבה לפתרון הדרגתי exchange נשלט על ידי משאבת זלוף או כוח המשיכה של קווי טפטוף אשר ולהוביל לעלייה מתמדת Na+ רמות ודורשים תשומת לב תזרים והן יצוא כדי למנוע הצפת החדר פרוסה. ראוי לציין, זה נה+ הליך ספייק-in osmolality הפתרון בבית הבליעה פרוסה בהדרגה עולה על פני תקופה של מספר דקות לפני הפרוסות מוחזרות לפתרון osmolality נורמלי, אך לא השפיעה לרעה על בריאות פרוסה או תיקון קלאמפ הקלטה הצלחה. פתרון חיתוך osmolality גבוהה כבר בעבר בשימוש על ההכנות פרוסה המוח האמצעי על מנת לשמר טוב יותר נוירונים דופאמין עבור תיקון קלאמפ הקלטות57,58, לפיכך הוכחת כי זה זמני hyperosmolality עשוי להיות מועיל בהקשרים מסוימים.
על-ידי הטמעת הליך בלתי אופטימליים המשלב את שיטת שחזור מגן NMDG ו- Na הדרגתי+ הוארך בספייק שלב השירות של מתודולוגיה זו פרוסה המוח לכסות לנוער במשך הדורות בוגרים בעלי חיים למבוגרים. פרוטוקול מעודכן זה מתאים עכשיו מגוון הגילאים בעלי חיים באמצעות יחיד אופטימלי NMDG חנה המבר גיבוש נוהל. במידת הצורך, ניתן להחיל על ההליך ספייק ב- Na+ עם עיכוב למחמיר יותר ו/או קורס איטי יותר זמן כדי לשפר את הכדאיות של המוח פרוסות מחיות בוגרים, אנו מגישים מדריך בסיסי של מומלצים ספייק-אין לוחות זמנים לפי לחיה גיל (ראה טבלה 2). בזמן שאנו מספקים מסגרת בסיסית מתאים עבור מגוון רחב של יישומים, ניתן לסייר שלבים מתקדמים נוספים לשיפור נוסף הכדאיות ואריכות ימיהם של המוח פרוסות מחיות למבוגרים ובטיפולים. לדוגמה, אסטרטגיות שחזור גלוטתיון יעילים במיוחד בהקשר זה, ניתן ליישם כמתואר2,6.
שיפור תפוקה מאתגרת ניסויים
הניתוח של קישוריות סינפטית על ידי הקלטה מלחציים תיקון הוא יישום תובעני שדורש מעולה לשימור המבנה העצבית ותפקוד על מנת להשיג אמינות גבוהה של הצלחה. ככל שמספר נוירונים שיירשמו בו זמנית עולה באופן ליניארי, רמת הקושי הטכני עולה העל-לינארית. ישנם מצבי כשל רבים, אחד הגורמים בתדירות הגבוהה ביותר של כשלים הוא חוסר היכולת טופס חותמות ג'יגה אוהם נאותה על אחד או יותר של תאים יישוב. הדבר באופן דרמטי יכול להאט את התקדמות, במיוחד כאשר שלושה או יותר נוירונים חייב להיות מוקלט בו זמנית. תואם את הממצא יותר מהר ג'יגה אוהם חותם היווצרות הזמן עם שיטת אופטימיזציה של שחזור מגן NMDG, היה שיפור שיעור ההצלחה ואת התפוקה של נוירון רב תיקון קלאמפ הקלטה ניסויים עם שני מבוגרים מהונדס העכבר מוח ופרוסות למבוגרים מוח הנוירוכירורגית. יעילות משופרת היא קרוב לוודאי המיוחס היווצרות חותם ג'יגה אוהם יותר מהיר ואמין והן לשימור עצביים משופר הפרוסות עם פרוטוקול זה. למרות פרוטוקול זה מתמקד ביתרונות במפורש עבור תיקון קלאמפ הקלטה יישומים, הישגים דומים הם הצפוי ליישומים אחרים ניסיוני ומאתגר שבו המוח פרוסה הכדאיות הוא בעל חשיבות עליונה.
עבודה זו מומן על ידי מכון אלן למדעי המוח. המחברים רוצים להודות מכון אלן המייסדים, פול ג' אלן, אלן ג'ודי, של החזון שלהם, עידוד ותמיכה. אנו מודים גם צוות התמיכה הטכנית אלן מכון לביצוע טיפול בבעלי חיים, גידול ו genotyping.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Compresstome VF-200 | Precisionary Instruments | VF-200 | Vibrating tissue slicer (recommended) |
N-methyl-D-glucamine | Sigma Aldrich | M2004 | aCSF constituent |
Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S3014 | aCSF constituent |
Potassium Chloride | Sigma Aldrich | P5405 | aCSF constituent |
Sodium Phosphate monobasic dihydrate | Sigma Aldrich | 71505 | aCSF constituent |
Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | aCSF constituent |
HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | aCSF constituent |
Glucose | Sigma Aldrich | G7021 | aCSF constituent |
Sodium Ascorbate | Sigma Aldrich | A4034 | aCSF constituent |
Thiourea | Sigma Aldrich | T8656 | aCSF constituent |
Sodium pyruvate | Sigma Aldrich | P5280 | aCSF constituent |
Calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | C7902 | aCSF constituent |
Magnesium Sulfate heptahydrate | Sigma Aldrich | M1880 | aCSF constituent |
2,2,2-Tribromoethanol | Sigma Aldrich | T48402 | Anesthetic component 1 |
2-methyl-2-butanol | Sigma Aldrich | 240486 | Anesthetic component 2 |
Curved blunt forceps | Fine Science Tools | 11065-07 | Brain dissection tools |
Fine dissecting scissors (supercut) | Fine Science Tools | 14058-09 | Brain dissection tools |
Large heavy duty scissors 7'' | Fine Science Tools | 14000-18 | Brain dissection tools |
Metal spatula | Sigma Aldrich | Z511455-1PAK | Brain dissection tools |
Razor blades | VWR | 89031-954 | Brain dissection tools |
Brain Slice Keeper-4 | Automate Scientific | S-BSK4 | brain slice holding chamber |
nylon netting | Warner Instruments | 64-0198 | For building small slice recovery chambers |
Pyrex glass beakers (250 mL) | VWR | 89090-434 | For building small slice recovery chambers |
35 mm plastic dish, round | VWR | 100488-376 | For building small slice recovery chambers |
Gas diffuser stones (10 µm) | Sigma Aldrich | 59277 | For constant carbogenation (fine bubbles) |
Agarose Type I-B | Sigma Aldrich | A0576 | For embedding brain specimens |
Micro loader tips | Eppendorf | 22491229 | For filling patch clamp electrodes |
Sylgard | VWR | 102092-312 | For making a custom dissecting platform |
Hydrochloric acid | Sigma Aldrich | H1758-100ML | For pH adjustment of media |
Sodium Hydroxide | Sigma Aldrich | 221465-25G | For pH adjustment of media |
Potassium Hydroxide | Sigma Aldrich | 221473 | For pH adjustment of media |
Plastic transfer pipets 3 mL graduated | VWR | 89497-676 | For slice transfer |
Zirconium ceramic injector blades | Cadence Specialty Blades | EF-INZ10 | http://cadenceinc.com/ |
KG-33 borosilicate glass capillary w/filament | King Glass Company | custom quote | ID: 0.87mm, OD 1.50mm |
Biocytin | Sigma Aldrich | B4261 | Intern pipette solution |
Phosphocreatine disodium | Sigma Aldrich | P7936 | Intern pipette solution |
Potassium Gluconate | Sigma Aldrich | G4500-100G | Intern pipette solution |
EGTA | Sigma Aldrich | E3889 | Intern pipette solution |
Mg-ATP | Sigma Aldrich | A9187 | Intern pipette solution |
Na2-GTP | Sigma Aldrich | 51120 | Intern pipette solution |
sucrose | Sigma Aldrich | S0389 | Intern pipette solution |
Heated water bath (2.5L) | VWR | 13491-060 | Miscellaneous |
Filter paper rounds | VWR | 28456-022 | Miscellaneous |
Cyanoacrylate glue | Amazon | B000BQRBO6 | Miscellaneous |
Glass petri dish | VWR | 89000-326 | Miscellaneous |
10X Phosphate buffered saline | Sigma Aldrich | P5493 | Miscellaneous |
30 mL syringes | VWR | BD302832 | Miscellaneous |
1 mL syringes | VWR | BD-309628 | Miscellaneous |
25 5/8 gauge needles | VWR | 89219-292 | Miscellaneous |
Thermomixer (w/1.5 mL tube block) | VWR | 89232-908 | To keep agarose molten |
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved