JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

作成、テスト、および成人の脳の切片でカリウム イオン選択的な電極を使用して

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

カリウム イオンは細胞の静止膜電位に貢献し、細胞外の K+濃度細胞興奮性の重要な調節因子であります。確認、調整、モノポーラ K+を使用する方法について説明-選択的な電極。そのような電極を使用すると、大人の海馬スライスにおける電気的誘発 K+濃度動態の測定ができます。

カリウム イオンは細胞の静止膜電位に貢献し、そのため、細胞外の K+濃度は細胞興奮性の重要な調節因子。活動電位の根底にある電位依存性イオン チャネルのクローズ、オープン、不活化状態間の平衡をシフトすることによって静止膜電位および細胞内興奮性細胞外の K+影響の濃度を変更発生と伝導。したがって、健康と病気にかかった状態で細胞外の K+のダイナミクスを直接測定する貴重なです。ここでは、確認、調整および単極 K+を使用する方法について述べる-選択的な電極。我々 は電気的誘発 K+濃度動態を測定する成体海馬スライスで展開します。そのような電極の賢い使用は神経系における細胞外の K+の濃度を制御する細胞および生物物理学的メカニズムを評価するために必要なツール キットの重要な部分です。

カリウム イオンの濃度が脳内で堅く調整され、それらの変動はすべての細胞の静止膜電位に強力な影響を及ぼします。これらの重要な貢献の観点から、生物学の重要な目標は、1体のさまざまな器官の細胞外スペースでしっかりと K+の濃度を調節するために使用する細胞および生物物理学的メカニズムを決定することです。,2。 これらの研究で重要な要件は、K+濃度を正確に測定する能力。健康と病気の状態では、脳でカリウムの恒常性に貢献する多くのコンポーネントされているが、識別された3,45、さらに進行中の専門にされた性質のため抑制されていますカリウム測定用イオン選択性電極の準備。電極センサーを表す K+濃度の in vitro組織スライスのin vivo測定のゴールド スタンダード。

監視 K+のための新しいアプローチがしかし、これらは生物学的関連性の高い範囲の K+濃度を検出しないまたはない吟味されている完全に生体が光センサーを使用して開発中の最初の結果有....

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

すべての動物実験は、ケアと実験動物の使用のため国立の研究所に従って健康ガイドを実施し、カリフォルニア大学ロサンゼルス校で一等書記官の動物研究委員会によって承認されました。すべてのマウスは、12 h 光暗い環境で食料や水の利用可能な自由で収容されました。すべての動物は明らかな行動変化と健康だったが以前の研究に関与していない、ライト サイクルの犠牲になっ?.......

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

細胞外 K+の選択的測定のきれいなホウケイ酸ガラス ピペット (図 1 a) のシリル化による疎水性の層で被覆されたイオン選択性電極を作製しました。このコーティングにより、バリノマイシン電極の先端に置き、電極先端 (図 1 b) の狭い開口部を通って K+フラックスのみを許可するを含む K+イオノフ?.......

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

ここで説明するメソッドを使用して、K+大人のマウスから急性海馬スライスでシャファー側枝の電気刺激に対する応答のダイナミクスを評価するためができました。K+イオン選択的な電極を準備するための手法は、以前記載されている手順12,13,14,15に似ています。ただし、このメソ.......

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

Khakh ラボは、NIH の MH104069 によって支えられました。モディのラボは、NIH の NS030549 によって支えられました。J.C.O. は、NIH T32 神経回路トレーニング Grant(NS058280) のおかげでください。

....

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