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Neuroscience

Machen, Prüfung und Verwendung von Kalium-Ionen selektive Mikroelektroden im erwachsenen Gehirn Gewebe Scheiben

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 zur Membran-Ruhepotential der Zellen und extrazellulären K+ -Konzentration ist ein entscheidender Regulator der zellulären Erregbarkeit. Wir beschreiben, wie zu machen, zu kalibrieren und monopolare K+-selektive Mikroelektroden. Mit Hilfe dieser Elektroden ermöglicht die Messung von elektrisch evozierten K+ Konzentration Dynamik in Erwachsene hippocampal Scheiben.

Kalium-Ionen wesentlich dazu beitragen, die Membran-Ruhepotential der Zellen und extrazellulären K+ Konzentration ist daher ein entscheidender Regulator der Erregbarkeit der Zelle. Konzentrationen von extrazellulären K+ beeinflussen die ruhenden Membran potenzielle und zellulären Erregbarkeit durch Verschiebung der Gleichgewichte zwischen geschlossenen, offenen und inaktivierten im Hinblick auf spannungsabhängige Ionenkanäle, die Aktionspotentials zugrunde liegen verändert Initiierung und Leitung. Daher ist es wertvoll, extrazelluläre K+ Dynamik im Gesundheits- und Kranken Staaten direkt zu messen. Hier beschreiben wir, wie zu machen, zu kalibrieren und monopolare K+-selektive Mikroelektroden. Wir ihnen in Erwachsene hippocampal Gehirnscheiben elektrisch evozierten K+ Konzentration Dynamik Messen eingesetzt. Die vernünftige Nutzung von solchen Elektroden ist ein wichtiger Bestandteil der zelluläre und biophysikalische Mechanismen zu bewerten, die extrazelluläre K+ -Konzentrationen im Nervensystem Steuern musste Toolkit.

Kalium-Ionen-Konzentrationen sind fest im Gehirn geregelt, und deren Schwankungen üben einen starken Einfluss auf die Membran-Ruhepotential aller Zellen. Im Hinblick auf diese kritische Beiträge ist ein wichtiges Ziel der Biologie, die zellulären und biophysikalischen Mechanismen zu bestimmen, die verwendet werden, um die Konzentration von K+ fest zu regulieren in den extrazellulären Raum in verschiedenen Organen des Körpers1 , 2. eine wichtige Voraussetzung in diesen Studien ist die Fähigkeit, K+ Konzentrationen genau zu messen. Obwohl viele Komponenten, die zur Kalium Homöostase im Gehi....

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Alle Tierversuche wurden durchgeführt in Übereinstimmung mit den nationalen Institut Health Guide für die Pflege und Verwendung von Labortieren und wurden von der Kanzlers Animal Research Committee an der University of California, Los Angeles genehmigt. Alle Mäuse waren mit Futter und Wasser zur Verfügung Ad Libitum in einer 12 h hell-dunkel-Umgebung untergebracht. Alle Tiere waren gesund mit keine offensichtlichen Verhaltensänderungen, nicht in früheren Studien einbezogen wurden und während der lichtzyk.......

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Für selektive Messung der extrazellulären K+bereiteten wir IONENSELEKTIVE Mikroelektroden beschichtet mit einer hydrophoben Schicht durch Silanisierung sauber Borosilikatglas Pipetten (Abbildung 1A). Diese Beschichtung ermöglicht die K+ -Ionophore mit Streptomyceten zum Ausruhen an der Spitze der Elektrode und erlauben nur K+ Fluss durch eine schmale Öffnung an der Elektrodenspitze (Abbildung 1 b

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Die Methode, die wir hier beschreiben konnten wir K+ Dynamik als Reaktion auf die elektrische Stimulation von Schaffer Sicherheiten in akuten hippocampal Scheiben von Erwachsenen Mäusen zu beurteilen. Unsere Methode der Vorbereitung K+ Ion selektiv Mikroelektroden ist ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Verfahren12,13,14,15. Diese Methode hat jedoch Vorteile gegenüb.......

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Die Khakh Lab wurde von NIH MH104069 unterstützt. Der Mody Lab wurde von NIH NS030549 unterstützt. J.C.O. Dank der NIH T32 neuronale Mikroschaltungen Training Grant(NS058280).

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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).

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