JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Neuroscience

Å gjøre Testing og bruke kalium Ion selektive Microelectrodes i vev skiver av voksen hjernen

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 bidrar til hvile membran potensialet i celler og ekstracellulære K+ konsentrasjon er en viktig regulator av mobilnettet excitability. Beskriver vi hvordan å gjøre, kalibrere og bruke monopolar K+-selektiv microelectrodes. Med slike elektrodene kan måling av elektrisk vakte K+ konsentrasjon dynamikk i voksen hippocampus skiver.

Kalium ioner betydelig bidrar til hvile membran potensialet i celler, og derfor ekstracellulære K+ konsentrasjon er en viktig regulator av cellen excitability. Endret konsentrasjoner ekstracellulære K+ påvirker hvile membran potensial og mobilnettet excitability av skiftende likevekt mellom lukket, åpen og deaktivert for spenningen-avhengige ionekanaler som ligger til grunn for handlingen potensial initiering og gjennomføring. Derfor er det verdifullt å måle direkte ekstracellulære K+ dynamikk i helse og syke tilstander. Her beskriver vi hvordan å gjøre, kalibrere og bruke monopolar K+-selektiv microelectrodes. Vi satt dem i voksen hippocampus hjernen skiver å måle elektrisk vakte K+ konsentrasjon dynamics. Forstandig bruk av slike elektrodene er en viktig del av verktøysett for å evaluere mobilnettet og Biofysiske mekanismer som styrer ekstracellulære K+ konsentrasjoner i nervesystemet.

Kalium ion konsentrasjoner er strengt regulert i hjernen, og deres svingninger utøver en mektig innflytelse på hvile membran potensialet i alle celler. I lys av disse viktige bidrag er et viktig mål for biologi å fastslå mobilnettet og Biofysiske mekanismene som brukes til å regulere tett konsentrasjonen av K+ på ekstracellulære plass i ulike organer av kroppen1 , 2. et viktig krav i disse studiene er muligheten til å måle K+ konsentrasjoner nøyaktig. Selv om mange komponenter som bidrar til kalium homeostase i hjernen i friske og syke tilstander har blitt identifisert3<....

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

Alle dyreforsøk ble utført i henhold til National Institute of helse Guide og bruk av forsøksdyr og ble godkjent av kansler dyr forskningsutvalg ved University of California, Los Angeles. Alle mus ble plassert med mat og vann tilgjengelig annonsen libitum i 12 h lys og mørke omgivelser. Alle dyrene var friske med ingen åpenbare atferdsendringer, var ikke involvert i tidligere studier og ble ofret under lyset syklus. Data for eksperimenter ble samlet inn fra voksen mus (6-8 uker gammel for alle eksperimenter.......

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

For selektiv måling ekstracellulære k+forberedt vi ion-selektiv microelectrodes belagt med et hydrofobe lag gjennom silanization av ren Borosilikatglass Pipetter (figur 1A). Dette belegg kan K+ ionophore som inneholder valinomycin for å hvile på spissen av elektroden og tillater bare K+ flux gjennom en smal åpning på elektroden spissen (figur 1B). Etter grunning elektrodene fylt saltvann og .......

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

Metoden som beskriver vi her har tillatt oss å vurdere K+ dynamics svar på elektrisk stimulering av Schaffer collaterals i akutt hippocampus skiver fra voksne mus. Vår metode for å forberede K+ ion selektive microelectrodes ligner på tidligere beskrevet prosedyrer12,13,14,15. Denne metoden har imidlertid fordeler over alternative elektrode konfigurasjoner i at det er .......

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

Khakh lab ble støttet av NIH MH104069. Mody laboratoriet ble støttet av NIH NS030549. J.C.O. takk NIH T32-Grant(NS058280) for trening av Neural Microcircuits.

....

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