JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

Gør, afprøvning og brug af kalium Ion selektive Microelectrodes i væv skiver af voksne hjerne

Published: May 7th, 2018

DOI:

10.3791/57511

1Department of Physiology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles, 2Department of Neurology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles, 3Department of Neurobiology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles

Kalium ioner bidrage til hvile membranen potentiale celler og ekstracellulære K+ koncentration er en afgørende regulator af cellulære ophidselse. Vi beskriver hvordan man laver, kalibrere og bruge monopolære K+-selektive microelectrodes. Ved hjælp af sådanne elektroder kan måling af elektrisk evoked K+ koncentration dynamics i voksen hippocampus skiver.

Kalium ioner bidrage væsentligt til den hvilende membranen potentiale celler og ekstracellulære K+ koncentration er derfor en afgørende regulator af celle ophidselse. Ændret koncentrationer af ekstracellulære K+ påvirker den hvilende membran potentiale og cellulære ophidselse ved at flytte ligevægt mellem lukket, åben og inaktiveret stater for spænding-afhængige Ionkanaler, der ligger bag aktionspotentialet indledning og varmeledning. Derfor er det værdifuldt at direkte måle ekstracellulære K+ dynamics i sundheds- og syge stater. Her, vi beskriver hvordan man laver, kalibrere og bruge monopolære K+-selektive microelectrodes. Vi indsatte dem i voksen hippocampus hjernen skiver til at måle elektrisk evoked K+ koncentration dynamics. Fornuftig brug af sådanne elektroder er en vigtig del af den værktøjskasse, der er nødvendige for at evaluere cellulære og Biofysisk mekanismer, der styrer ekstracellulære K+ koncentrationer i nervesystemet.

Kalium ion koncentrationer er stramt reguleret i hjernen, og deres udsving øve en stærk indflydelse på den hvilende membran potentiale af alle celler. I lyset af disse kritiske bidrag er et vigtigt mål for biologi til at bestemme de cellulære og Biofysisk mekanismer, der anvendes til stramt regulere koncentrationen af K+ i det ekstracellulære rum i forskellige organer i kroppen1 , 2. et vigtigt krav i disse undersøgelser er evnen til at måle K+ koncentrationer præcist. Selv om mange komponenter, som bidrager til kalium homøostase i hjernen i raske og syge stater har været identificeret

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Alle dyreforsøg blev gennemført i overensstemmelse med den nationale Institute sundhed Guide til pleje og anvendelse af forsøgsdyr og blev godkendt af kanslerens dyr Forskningsudvalget ved University of California, Los Angeles. Alle mus har været opstaldet med mad og vand tilgængelig ad libitum i 12t lys-mørke omgivelser. Alle dyr var sund med ingen indlysende adfærdsmæssige ændringer, var ikke involveret i tidligere undersøgelser og blev ofret under lys cyklus. Data for eksperimenter blev indsamlet fr.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Selektiv måling af ekstracellulære K+forberedt vi ion-selektiv microelectrodes belagt med en hydrofobe lag gennem silanisering af ren borsilikatglas pipetter (figur 1A). Denne belægning giver K+ ionophor indeholdende valinomycin for at hvile på spidsen af elektrode og tillader kun K+ flux gennem en smal åbning på elektrode spids (figur 1B). Efter grunding elektroder med tilbagefyldt saltopl?.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Den metode, som vi beskriver her har tilladt os at vurdere K+ dynamics svar på elektrisk stimulation af Schaffer soeskende i akut hippocampus skiver fra voksne mus. Vores metode til at forberede K+ ion selektiv microelectrodes minder tidligere beskrevne procedurer12,13,14,15. Dog, denne metode har fordele i forhold til alternative elektrode konfigurationer i, at det er hu.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Khakh lab blev støttet af NIH MH104069. Den Mody lab blev støttet af NIH NS030549. J.C.O. tak NIH T32 neurale mikrokredsløb uddannelse Grant(NS058280).

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
VibratomeDSKMicroslicer Zero 1
Mouse: C57BL/6NTac inbred miceTaconicStock#B6
MicroscopeOlympusBX51
Electrode pullerSutterP-97
Ag/AgCl ground pelletWPIEP2
pCLAMP10.3Molecular Devicesn/a
Custom microfil 28G tipWorld precision instrumentsCMF28G
Tungsten RodA-M Systems716000
Bipolar stimulating electrodesFHCMX21XEW(T01)
Stimulus isolatorWorld precision instrumentsA365
Grass S88 StimulatorGrass Instruments CompanyS88
Borosilicate glass pipettesWorld precision instruments1B150-4
A to D boardDigidata 1322AAxon Instruments
Signal AmplifierMulticlamp 700A or 700BAxon Instruments
HeadstageCV-7B Cat 1Axon Instruments
Patch computerDelln/a
Sodium ChlorideSigmaS5886
Potassium ChlorideSigmaP3911
HEPESSigmaH3375
Sodium BicarbonateSigmaS5761
Sodium Phosphate MonobasicSigmaS0751
D-glucoseSigmaG7528
Calcium ChlorideSigma21108
Magnesium ChlorideSigmaM8266
valinomycinSigmaV0627-10mg
1,2-dimethyl-3-nitrobenzeneSigma40870-25ml
Potassium tetrakis (4-chlorophenyl)borateSigma60591-100mg
5% dimethyldichlorosilane in heptaneSigma85126-5ml
TTXCayman Chemical Company14964
Hydrochloric acidSigmaH1758-500mL
SucroseSigmaS9378-5kg
Pipette MicromanipulatorSutterMP-285 / ROE-200 / MPC-200
Objective lensOlympusPlanAPO 10xW

  1. McDonough, A. A., Youn, J. H. Potassium homeostasis: The knowns, the unknowns, and the health benefits. Physiol Bethesda Md. 32 (2), 100-111 (2017).
  2. Hille, B. . Ion channels of excitable membranes. , 507 (2001).
  3. Kofuji, P., Ceelen, P., Zahs, K. R., Surbeck, L. W., Lester, H. A., Newman, E. A. Genetic inactivation of an inwardly rectifying potassium channel (Kir4.1 subunit) in mice: Phenotypic impact in retina. J Neurosci. 20 (15), 5733-5740 (2000).
  4. Sibille, J., Dao Duc, K., Holcman, D., Rouach, N. The neuroglial potassium cycle during neurotransmission: role of Kir4.1 channels. PLoS Comput Biol. 11 (3), e1004137 (2015).
  5. Tong, X., et al. Astrocyte Kir4.1 ion channel deficits contribute to neuronal dysfunction in Huntington's disease model mice. Nat Neurosci. 17 (5), 694-703 (2014).
  6. Datta, D., Sarkar, K., Mukherjee, S., Meshik, X., Stroscio, M. A., Dutta, M. Graphene oxide and DNA aptamer based sub-nanomolar potassium detecting optical nanosensor. Nanotechnology. 28 (32), 325502 (2017).
  7. Bandara, H. M. D., et al. Palladium-Mediated Synthesis of a Near-Infrared Fluorescent K+ Sensor. J Org Chem. 82 (15), 8199-8205 (2017).
  8. Depauw, A., et al. A highly selective potassium sensor for the detection of potassium in living tissues. Chem Weinh Bergstr Ger. 22 (42), 14902-14911 (2016).
  9. Machado, R., et al. Biofouling-Resistant Impedimetric Sensor for Array High-Resolution Extracellular Potassium Monitoring in the Brain. Biosensors. 6 (4), (2016).
  10. Rose, M. C., Henkens, R. W. Stability of sodium and potassium complexes of valinomycin. Biochim Biophys Acta BBA - Gen Subj. 372 (2), 426-435 (1974).
  11. Ammann, D., Chao, P., Simon, W. Valinomycin-based K+ selective microelectrodes with low electrical membrane resistance. Neurosci Lett. 74 (2), 221-226 (1987).
  12. Amzica, F., Steriade, M. Neuronal and glial membrane potentials during sleep and paroxysmal oscillations in the neocortex. J Neurosci. 20 (17), 6648-6665 (2000).
  13. Amzica, F., Steriade, M. The functional significance of K-complexes. Sleep Med Rev. 6 (2), 139-149 (2002).
  14. MacVicar, B. A., Feighan, D., Brown, A., Ransom, B. Intrinsic optical signals in the rat optic nerve: role for K(+) uptake via NKCC1 and swelling of astrocytes. Glia. 37 (2), 114-123 (2002).
  15. Chever, O., Djukic, B., McCarthy, K. D., Amzica, F. Implication of Kir4.1 channel in excess potassium clearance: an in vivo study on anesthetized glial-conditional Kir4.1 knock-out mice. J Neurosci. 30 (47), 15769-15777 (2010).
  16. Hall, D. G. Ion-selective membrane electrodes: A general limiting treatment of interference effects. J Phys Chem. 100 (17), 7230-7236 (1996).
  17. Haack, N., Durry, S., Kafitz, K. W., Chesler, M., Rose, C. R. Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue. J Vis Exp. (103), e53058 (2015).
  18. Larsen, B. R., MacAulay, N. Kir4.1-mediated spatial buffering of K(+): Experimental challenges in determination of its temporal and quantitative contribution to K(+) clearance in the brain. Channels Austin Tex. 8 (6), 544-550 (2014).
  19. Mei, L., et al. Long-term in vivo recording of circadian rhythms in brains of freely moving mice. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115, 4276-4281 (2018).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved