JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

Maken, testen en het gebruik van kalium-Ion selectieve Microelectrodes in weefsel plakjes van volwassen hersenen

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 ionen bijdragen tot de rustpotentiaal membraan van cellen en extracellulaire K+ concentratie is een cruciale regulator van cellulaire prikkelbaarheid. We beschrijven hoe te maken, te kalibreren en te gebruiken monopolaire K+-selectieve microelectrodes. Deze elektroden, kunt de meting van elektrisch evoked K+ concentratie dynamiek in volwassen hippocampal plakjes.

Kalium ionen aanzienlijk bijdragen tot de rustpotentiaal membraan van cellen en extracellulaire K+ concentratie is daarom een belangrijke regulator van de prikkelbaarheid van de cel. Concentraties van extracellulaire K+ beïnvloeden de rust membraan potentiële en cellulaire prikkelbaarheid gewijzigd door een verschuiving van het evenwicht tussen open en gesloten, geïnactiveerd Staten voor spanning afhankelijk van de ionenkanalen die ten grondslag liggen aan de actiepotentiaal Inleiding en geleiding. Vandaar, is het waardevol voor extracellulaire K+ dynamiek in gezondheid en valt bestuurlijk gezien onder zieke rechtstreeks te meten. Hier beschrijven we hoe te maken, te kalibreren en te gebruiken monopolaire K+-selectieve microelectrodes. We ingezet hen in volwassen hippocampal hersenen segmenten voor het meten van de dynamiek van de concentratie elektrisch evoked K+ . Het oordeelkundige gebruik van dergelijke elektroden is een belangrijk onderdeel van de tool-kit nodig te evalueren van de cellulaire en biofysische mechanismen waarmee extracellulaire K+ concentraties in het zenuwstelsel.

Kalium-ion concentraties worden strak gereguleerd in de hersenen, en hun schommelingen een krachtige invloed uitoefenen op de rustpotentiaal membraan van alle cellen. In het licht van deze kritische bijdragen is een belangrijk doel van de biologie het bepalen van de cellulaire en biofysische mechanismen die worden gebruikt voor de concentratie van K+ strak te regelen in de extracellulaire ruimte in verschillende organen van het lichaam1 , 2. een belangrijke voorwaarde in deze studies is het vermogen om te K+ concentraties nauwkeurig meten. Hoewel veel onderdelen die tot kalium homeostase ....

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

Alle dierproeven verliepen volgens het nationale Instituut van Health Guide voor de zorg en het gebruik van proefdieren en goedgekeurd door de Chancellor's Animal Research Committee aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Alle muizen werden ondergebracht bij voedsel en water beschikbaar ad libitum in een omgeving van 12 h licht-donker. Alle dieren waren gezond met geen duidelijke gedragsveranderingen, waren niet betrokken bij eerdere studies, en werden opgeofferd tijdens de lichte cyclus. Gegevens voor.......

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

Wij bereid voor selectieve meting van extracellulaire K+, ion-selectieve microelectrodes bekleed met een hydrofobe laag via silanization van schone borosilicaatglas pipetten (figuur 1A). Deze coating kan de K+ -ionophore met valinomycin om te rusten op het puntje van de elektrode en toestaan dat alleen K+ flux via een smalle opening aan het uiteinde van de elektrode (figuur 1B). Na de priming de e.......

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

De methode die wij hier beschrijven heeft ons om te beoordelen van K+ dynamics in reactie op elektrische stimulatie van Schaffer zekerheden in acute hippocampal plakjes van volwassen muizen toegestaan. Onze methode voor te bereiden K+ ion selectieve microelectrodes is vergelijkbaar met de eerder beschreven procedures12,13,14,15. Deze methode heeft echter voordelen ten opzi.......

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

Het Khakh lab werd gesteund door de NIH MH104069. De Mody lab werd gesteund door de NIH NS030549. J.C.O. bedankt de NIH T32 Grant(NS058280) voor Training van neurale micro schakelingen.

....

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