Name: preparation of acute brain slices using an optimized n-methyl-d-glucamine protective recovery method
Uploaded: 2018-02-26T12:30:00
Duration: 10 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method at JoVE.com

Dette arbeidet ble finansiert av Allen Institute for hjernen vitenskap. Forfatterne ønsker å takke Allen Institute grunnleggerne, Paul G. Allen og Jody Allen, for deres visjon, oppmuntring og støtte. Vi takker også Allen Institute kundestøtte for å utføre dyr pleie husbandry og genotyperingteknologi.

Prosedyrer som involverer transgene mus har blitt godkjent av institusjonelle Animal Care og bruk Committee (IACUC) ved Allen Institute for hjernen vitenskap. Både mannlige og kvinnelige C57BL/6 mus (vektklasser 10-30 g) ble brukt i disse eksperimentene. Noen av representant resultatene beskriver data innsamlet fra levende menneskelige hjerne skiver. Neocortical vevsprøver ble innhentet under neurosurgeries for svulst fjerning. Det var nødvendig å fjerne overliggende neocortical vev for å få tilgang til syke vev. Informert pasienten samtykke ble innhentet i alle tilfeller av bruk av neurosurgical vev for forskningsformål under en protokoll godkjent av institusjonelle gjennomgang styret svensk Medical Center.
1. forberedelse av Media og reagenser (tabell 1)
Merk: Løsninger bør gjøres i renset vann som uten spor metaller og andre urenheter. Det anbefales at løsninger gjøres fersk ved eksperimentet, selv om ubrukte løsninger kan lagres på 4 ° C i opptil 1 uke, om ønskelig. 1 L hver formulering ovenfor er tilstrekkelig for 1-2 kutting prosedyrer. Alle aCSF løsninger må være mettet med carbogen (95% O2/5% CO2) før bruk å sikre stabil pH bufring og tilstrekkelig oksygenering. PH i alle løsninger skal justeres til 7.3-7.4 og osmolality målt og justert til 300-310 mOsmol/kg.
<ol><li>Forberede NMDG-HEPES aCSF (i mM): 92 NMDG, 2,5 KCl, 1,25 NaH2PO4, 30 NaHCO3, 20 HEPES, 25 glukose, 2 thiourea, 5 Na-ascorbate, 3 Na-pyruvate, 0,5 CaCl2·2H2O og 10 MgSO4·7H2O. Titrate pH til 7.3 –7.4 med 17 mL +/-0,5 mL 5 M saltsyre. Merk: Dette trinnet titrering bør ideelt utføres før tilsetning av divalent kasjoner å unngå nedbør; men kan nedbøren reverseres ved justering av pH fysiologiske området.</li>
	<li>Forberede HEPES holder aCSF (i mM): 92 NaCl, 2.5 KCl, 1,25 NaH2PO4, 30 NaHCO3, 20 HEPES, 25 glukose, 2 thiourea, 5 Na-ascorbate, 3 Na-pyruvate, 2 CaCl2·2H2O og 2 MgSO4·7H2O. Titrate pH 7.3-7,4 med flere dråper konsentrert 10 N NaOH.</li>
	<li>Forbereder innspilling aCSF (i mM): 124 NaCl, 2.5 KCl, 1,25 NaH2PO4, 24 NaHCO3, 12.5 glukose, 5 HEPES, 2 CaCl2·2H2O og 2 MgSO4·7H2O. Titrate pH 7.3-7,4 med noen dråper konsentrert 10 N NaOH.</li>
	<li>Forberede Na+ pigg i løsning (2 M): 580 mg av NaCl oppløst i 5 mL av ferskt tilberedte NMDG-HEPES aCSF. Dette er nok løsning for én hjerne skive prep.</li>
	<li>Forberede 2% agarose skal brukes for innebygging av vev. Oppløse 2 g agarose type 1B (se Tabell for materiale) i 100 mL 1 x PBS og mikrobølgeovn til bare koking. Virvel å blande, og Hell blandingen i et sterilt 10 cm Petri retter og tillate for å stivne. Lagre agarose platen i en forseglet plastpose på 4 ° C før bruk.</li>
	<li>Forberede injiserbare bedøvelse arbeider lagerløsning. Bland 2.5 g av 2,2,2-Tribromoethanol med 5 mL 2-metyl-2-butanol og deretter gradvis oppløses i 200 mL PBS, pH 7.0-7.3. Filtrere lager løsningen med filtere 0.22 µm før bruk og lagre på 4 ° C beskyttet mot lyset. Merk: Se respektive dyr bruk komiteen retningslinjer og regler for å bestemme utløp og fjerning prosedyren for anesthetic arbeider lagerløsning.</li>
</ol>2. oppsett av kutting stasjonen
<ol><li>Definere kutting stasjonen med vev slicer maskinen og Kirurgiske instrumenter (se Tabell for materiale). Kalibrere slicer maskinen, knytte en zirkonium keramiske injektor blad til bladet armen med rask-selvklebende lim, deretter sette inn prøveholderen og justere forkanten av bladet til prøven holderen rim etterlot et lite gap slik bladet ikke skrape metallet. Merk: Hvis blad kanten ikke er fysisk skadet det kan gjenbrukes for mange uker eller måneder uten erstatning. Ulike vev slicer modeller er kommersielt tilgjengelig, hvorav mange har utmerket ytelse når optimalt kalibrert. Ideell apparatet skal ha minimal z utslag, enten direkte målt og tilpasset eller empirisk observert.</li>
	<li>Definere en 250 mL kanne fylt med 200 mL av NMDG-HEPES aCSF og pre chill på is med konstant carbogenation (anvendt via en gass diffuser stein midt i media) for > 10 min. Merk: Denne løsningen vil bli brukt for transcardial perfusjon og fylle kutting maskin reservoaret under snitting.</li>
	<li>Sette opp det første hjernen stykke utvinning kammeret fylt med 150 mL av NMDG-HEPES aCSF (opprettholde konstant carbogenation) og plassere i kammeret i et oppvarmet vannbad opprettholdt på 32-34 ° C. Merk: En skive kammer etter design Edwards og Konnerth (1992)52 anbefales for dette trinnet. Disse rommene kan gjøres med tilgjengelige laboratorium elementer (250 mL kanne, nylon mesh netting, 50 mL konisk tube, 35 mm plast runde parabol). Hensyn må tas for å sikre at stykket netting fortsatt gratis luft bobler, spesielt de kontinuerlig produsert av carbogen gass bubble steinene som disse kan forårsake skiver å dupp opp og blir skadet. Nettingen bør være neddykket omtrent 1 cm under flytende overflaten.</li>
	<li>Definere en hjerne skive holder kammer; en design med flere uavhengige brønner i et større reservoar anbefales (se Tabell for materiale). Fyll tanken med 450 mL av HEPES aCSF og varm til romtemperatur under konstant carbogenation før bruk. Merk: Hjernen skiver skal overføres fra første utvinning kammer til denne kammer for langtidslagring før elektrofysiologiske innspillingen. Hensyn må tas for å sikre at skive netting restene fri for luftbobler hele tiden.</li>
	<li>Forberede smeltet agarose vev innebygging. Bruk den åpne enden av 50 mL konisk ampuller som en cookie cutter for å skjære ut en blokk med 2% agarose fra tidligere utarbeidet parabolen. Løst cap konisk ampullen, så mikrobølgeovn 10-30 s inntil agarose er bare smeltet. Du trenger ikke overoppheting.</li>
	<li>Hell den smeltede agarose i 1,5 mL rør. Opprettholde agarose i smeltet staten bruker en thermomixer satt til 42 ° C med kraftig risting. Kontroller nøye at de smeltet agarose ikke stivne for tidlig.</li>
	<li>Plass tilbehøret chilling blokk for sliceren på is pre avkjøles på dette tidspunktet.</li>
</ol>3. Transcardial perfusjon
Merk: Transcardial perfusjon prosedyren er et viktig skritt når du arbeider med voksen dyr og er viktig å oppnå rask nedkjøling av hjernen og redusert metabolisme via hjernen infusjon av lav Na+, lav Ca2 +/ høy Mg2 + aCSF løsning. Transcardial perfusjon fungerer også fjerne røde blod celler fra hjerne blodkar, noe som reduserer autofluorescence som kan forstyrre visualisering og målretting av fluorescently merket celle populasjoner i transgene linjer. Det er ikke tilrådelig å utelate transcardial perfusjon.
<ol><li>Dypt bedøve mus ved intraperitoneal injeksjon av bedøvende fungerende lager løsning (250 mg / kg: 0,2 mL 1,25% bedøvende arbeider lagerløsning per 10 g kroppsvekt, se Tabellen for materiale). Etter ~ 2-3 min, kontrollere tilstrekkelig dybde av anestesi ved å vurdere tå knipe refleks. Hvis nødvendig, injisere en ekstra volum på bedøvende arbeider lager og revurdere tå knipe refleks etter en 2-3 minutter.</li>
	<li>Laste inn en 30 mL sprøyte med 25 mL av carbogenated NMDG-HEPES aCSF fra pre kjølt 250 mL begeret (2-4 ° C er optimal, i motsetning til slushy eller frosset løsning). Knytte en 25 5/8 gauge nål.</li>
	<li>Med musen på ryggen, feste ned forepaws og bakben paws for stabilitet. En 15 cm glass Petriskål fylt med herdet silikon fungerer godt som base.</li>
	<li>Bruke en skalpell, lage en lateral snitt åpne bryst hulrom på nivået av mellomgulvet. Bruke fine saks til å kutte gjennom ribbe buret på enten side å ta vare å unngå klipping hjertet og lungene.</li>
	<li>Feste tilbake sentrum del på ribbe buret å avsløre hjertet. Sett inn nålen av 30 mL i venstre ventrikkel og kuttet rett atrium med fine saks å la blodet å avslutte hjertet.</li>
	<li>Trykker sprøytestempelet bruker manuell konstant press og perfuse dyret med kjølt NMDG-HEPES aCSF med en hastighet på ~ 10 mL/min. Merk: Hvis perfusjonen leveren endres i farge fra dyp rød til blek gul, og i noen tilfeller klare væsker kan observeres avslutter neseborene mot slutten av prosedyren.</li>
</ol>4. hjernen disseksjon og Slicing
<ol><li>Halshugge dyret. Bruk en skalpell åpne huden på hodet og utsette skallen cap.</li>
	<li>Bruk fint super cut saks til å klippe bort huden over skallen hetten og gjøre små incisions sidelengs på hver side på det caudal/ventrale base av skallen. Gjøre ytterligere grunne kutt fra caudal/dorsal aspekt av skallen går i rostral retning opp dorsal midtlinjen ta vare ikke for å skade den underliggende hjernen. Foreta en endelige 'T' kuttet vinkelrett til midtlinjen på nivået av olfactory pærene. Merk: Hensyn må tas for å sikre at ingen skade er gjort til hjernen områdene rundt. Spesielt på noe tidspunkt skal det være noen kompresjons kraften til hjernen selv.</li>
	<li>Bruk runde-tip tang til å forstå skallen fra rostral-mediale aspektet og skrelle tilbake i retning caudal-lateral. Gjenta for begge sider å sprekk åpen og fjerne dorsal halvdelene av skallen hetten å avsløre hjernen. Forsiktig scoop ut intakt hjernen i begeret av pre kjølt NMDG-HEPES aCSF. Tillat hjernen jevnt avkjøles i ~ 1 min.</li>
	<li>Bruke store spatula for å løfte hjernen ut av begeret og på Petriskål dekket med filter papir. Trim og blokkere hjernen i henhold til foretrukne vinkelen for kutting og ønsket hjernen regionen rundt. Arbeider raskt for å unngå langvarig oksygenmangel under behandling. Merk: Mange kutting vinkler er mulig. Den nøyaktige blokkerende metoden og slicing vinkelen avhenger nøyaktig hjernen regionen, celle type og krets å bli undersøkt.</li>
	<li>Påføre hjernen blokken til prøveholderen ved hjelp av lim lim. Trekke indre stykke prøveholderen nok å trekke hjernen blokken fullt innsiden. Hell den smeltede agarose direkte inn i holderen til hjernen blokken er helt dekket med agarose. Klemme pre-avkjølt tilbehøret chilling blokk rundt prøveholder for ~ 10 s til agarose har styrket.</li>
	<li>Prøveholderen inn receptacle på slicer maskinen og kontroller riktig justering. Fyll tanken med gjenværende pre kjølt, oksygenrikt NMDG-HEPES aCSF fra 250 mL begeret og flytte en boble stein i reservoaret for varigheten av utstyr for å sikre tilstrekkelig oksygenering.</li>
	<li>Justere mikrometer for å begynne å flytte agarose-innebygd hjernen prøven. Start sliceren og empirisk justere forhånd hastighet og svinging frekvensen til ønsket nivå. Merk: Begge innstillingene bør være i lav rekkevidde. For best resultat, en enkelt passerer av bladet armen bør tar ca 20 s og oscillation skal produsere en veldig glatt og skånsom summing med ingen åpenbare summende.</li>
	<li>Fortsette å fremme og slicing vevet i 300 µm-trinn (eller andre ønsket tykkelse) til hjernen regionen rundt er fullstendig delt; total tid for kutting prosedyren skal være mindre enn 15 minutter.</li>
</ol>5. optimalisert NMDG beskyttende prosedyre
<ol><li>Første NMDG utvinning trinn (avgjørende skritt): etter gjennomføring av snitting prosedyren, samler opp alle sektorene bruker en cut-off plast Pasteur rør t og overføre dem til et forvarmes (34 ° C) første utvinning kammer fylt med 150 mL NMDG-HEPES aCSF. Overføre alle sektorer i kort rekkefølge og starter en tidtaker som alle skiver flyttes inn i gjenvinning kammeret.</li>
	<li>Se tabell 2 for å bestemme optimale Na+ pigg i tidsplanen etter musen alder. Merk: Denne fremgangsmåten er en praktisk metode for å oppnå en kontrollert hastighet av gjeninnføring av Na+ i hjernen stykke kammeret og er optimalisert for en bestemt hjernen stykke kammer geometri og reservoaret volum og type (se Tabell for materiale).</li>
	<li>Utføre gradvis Na+ pigg-i prosedyren ved å legge de angitte mengder Na+ pigg i løsning på angitt tid. Legg Na+ pigg i løsningen direkte til bubbler skorsteinen av første utvinning kammer å lette rask miksing.</li>
	<li>Overføre alle skiver til HEPES aCSF langsiktige holder kammeret vedlikeholdes ved romtemperatur. Lar skiver å gjenopprette for en ekstra 1 h i HEPES holder kammeret før starte oppdateringen klemme opptak eksperimenter.</li>
</ol>6. Patch klemme opptak
Merk: Følgende grunnleggende bare gi noen praktiske hensyn og er ikke ment å representere detaljert protokoller for oppdateringen klemme innspillinger, som dette kan bli funnet andre steder53,54. En patch klemme elektrofysiologi rigg kreves for dette programmet. Dette vil vanligvis være sammensatt av en oppreist mikroskop utstyrt med infrarød differensial interferens kontrast (IR-DIC) optikk og en fluorescens belysning system, en patch klemme forsterker og data digitaliseringsenhet, motorisert micromanipulator og mikroskopet plattform, vibrasjon isolasjon tabell, buret og løsningen oppvarming og perfusjon system. Eksempel kammer og plattform bør være utformet for neddykket skive opptak. Flere Nevron oppdateringen klemme innspillinger kreves en rigg utstyrt med flere forsterkere, hodet stadier og høykvalitets micromanipulators. I tillegg for best resultat, en rigg utstyrt med et 900 nm IR band pass filter og matchende optisk komponentene anbefales å sikre tilstrekkelig visualisering av celler lokalisert > 50 µm dypt i hjernen skiver. Riktig justering for Kӧhler belysning er også viktig for tydelig visualisering.
<ol><li>Forberede intracellulær pipette løsning (mM): 130 K-Gluconate, 4 KCl, 10 HEPES, 0,3 EGTA, 10 phosphocreatine-Na2, 4 MgATP, 0,3 Na2-GTP, og 13,4 biocytin. Justere pH til 7.35 med 1 M KOH og osmolality til 285-290 mOsmol/kg med sukrose etter behov.</li>
	<li>Forberede oppdateringen klemme elektroder fra tykke vegger Borosilikatglass kapillærene; ideell oppdateringen klemme elektroden har en relativt kort og butte taper med en ~ 3-6 MOhm fylt tips motstand i badekaret.</li>
	<li>Kontroller at sølv elektrode ledningene er riktig chlorided for å sikre stabil innspillinger. Gjør dette (typisk) av submerging siste 3-4 mm av sølv wire i flytende blekemiddel i ca 30 min eller til wire blir svart.</li>
	<li>Opprette løsning perfusjon bruker en peristaltiske pumpe satt til 3-4 mL/min. sirkulasjon carbogenated innspillingen aCSF gjennom opptak kammeret ta vare for å matche tilsig og utløp for å unngå overflyt.</li>
	<li>Overføre et enkelt hjernen stykke inn i neddykking opptak kammeret og sikre i stedet bruker en U-formet stykke anker med nylon krysse strenger. Identifisere mål hjernen regionen med et 4 X air mål før du bytter til en høyere makt-målsetting (f.ekshøy numeriske blenderåpning 40 X eller 60 X vann nedsenking mål).</li>
	<li>Visuelt Identifiser en sunn Målcelle. Utseendet til nevronale membranen på soma, brukes som visualisert ved IR-DIC mikroskopi, til å vurdere hensiktsmessigheten av en kandidat celle for oppdateringen klemme opptak. Merk: Sunn neurons vanligvis viser følgende funksjoner: krympet verken hovne somata, myk kontrast av membran kanter og glatt membran utseende. Dessuten, fleste friske celler finnes > 30 µm dypt i sektoren, som overfladisk neurons er trolig bli skadet med kuttet dendrittiske prosesser. Neurons som viser en farget utseende, tydelig kjerner eller "stekt egg" utseende eller veldig mørk eller Høykontrast membran kantene bør unngås.</li>
	<li>Tilbake-fyll oppdateringen Pipetter med ~ 5 µL intracellulær løsning og laste den opp elektrodeholderen. Flytt pipette i innspillingen badekaret over hjernen skive og bruke lett positive trykk å fjern eventuelle hindringer i spissen. Null pipette forskyvningen og overvåke tips motstanden funksjonen en membran-test.</li>
	<li>Flytt pipette spissen i kontakt med målet nevrons celle kroppen; en liten smilehull bør form på membran overflaten på grunn av et lett positive trykk.</li>
	<li>Så snart en membran smilehull er observert, raskt fjerne det positivt trykket og bruke skånsom for å lette segl formasjon. Når pipette motstanden øker til > 100 MOhm, slå en holder kommando til et nivå som samsvarer med den forventede hvile membranen potensial for målrettet celle type (-70 mV er et godt utgangspunkt).</li>
	<li>Når tips motstand når ≥1 gigaohm, forsøke å bryte inn i cellen av rupturing membranen under oppdateringen pipette med korte utbrudd av skarpe sugekraft; "zappe"-funksjonen kan benyttes for å lette innbrudd etter behov. Merk: En holde potensialet i-70 mV er foreslått for spenning klemme eksperimenter på kortikale nevroner. Sunn neurons har en lekkasje gjeldende mer negativ enn-100 pA for varigheten av forsøket, men dette er delvis avhengig av hvilken celle. En Nevron vil bli ekskludert fra analyse hvis hvile membran potensialet var mer depolarized enn-50 mV, eller hvis tilgang motstanden endret av mer enn 20%.</li>
	<li>
Når en stabil hele celle oppdateringen klemme innspilling er oppnådd, målrette flere neurons for opptak ved å gjenta trinn 6.6-6.10. Ta vare for å unngå mekaniske forstyrrelser som ville føre til å miste første innspilling.
	<ol>
<li>Velg flere nerveceller i 100 µm første Nevron å sikre en rimelig sannsynligheten for å finne synaptically-kombinert neurons. Merk: Det kan være nyttig i noen tilfeller å identifisere flere kandidat neurons foran og å pre-belaste og pre plassere alle Pipetter i nærheten til forskjellige målrettede cellene før de kan opprette første oppdateringen klemme innspillingen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Forfatterne ikke avsløre.

Na + Spike i forbedrer Gigaohm Seal dannelse og Patch klemme opptak suksess Den første versjonen av metoden NMDG beskyttende utvinning var spesielt utviklet for voksne og aldring dyr2,5. Betatestere har også søkt å bruke denne metoden på juvenile dyr hjernen slicing (dvs, mus < 30 dager gamle). Det har imidlertid blitt bemerket at i motsetning til fremragende visuelt bekreftet neuronal bevaring med NMDG beskyttende utvinning metoden i denne aldersgruppen, gigaohm segl formasjon kan ofte stall, fører til mislykkede oppdateringen klemme opptak forsøk. Én hypotese er at NMDG kasjoner er lettere fanget i juvenile hjernen skiver i forhold til voksen hjernen skiver og kan hindre segl formasjon; men gigaohm sel kan lett danne mens juvenile hjernen skiver fullstendig senkes i NMDG aCSF (data ikke vist), således indikerer at NMDG aCSF sådan hindrer ikke gigaohm segl formasjon.
Rask overgang fra lav til høy Na+ løsning det første hjerne stykke utvinning trinnet er ferdig forårsaker skade neuronal membraner og perturbs segl formasjon prosessen. Dette er intuitivt at overgangen fra lav til høy Na+, kulde til varme temperatur og dramatisk høyde av Ca2 + Mg2 + forhold kollektivt føre til en massiv oppblomstringen av spontan synaptic aktivitet. Denne hemmende etterpå fasen i hjernen kutting prosedyren er sannsynligvis speil reperfusion skader etter en iskemiske fornærmelse. Dermed ytterligere redusere neuronal membran skade i første restitusjonsfasen en gradvis Na+ pigg innsjekkingsprosedyren har blitt innlemmet som høyden av Na+ konsentrasjon i NMDG beskyttende utvinning inkubasjon kammeret er sakte og reproduserbar opphøyet med presis timing. Som den opprinnelige beskyttende Gjenopprettingsprosedyren er timelige dissosiasjon Na+ høyde fra temperatur og Ca2 +/Mg2 + forholdet høyde gunstig. Men i tillegg Na+ pigg i fremgangsmåten fører til små inkrementelle økninger i ekstracellulære Na+ konsentrasjon over tidlig tidspunkt og stor økning mot slutten tid poeng, og dermed affording hjernevev en mulighet til bedre til stigende Na+ nivåer. Denne fremgangsmåten er et alternativ til gradvis løsning exchange kontrollert av en perfusjonsmåling pumpen eller gravitasjon dryppe linjer som fører til konstant økning i Na+ nivåer og krever oppmerksomhet til både tilsig og utløp å unngå overløp av skive kammeret. Spesielt i denne Na+ stiger pigg innsjekkingsprosedyren osmolality for løsningen i skive kammeret gradvis over en periode på flere minutter før skiver tilbake til normal osmolality løsning, men dette ikke negativt påvirke helsen skive eller oppdateringen klemme opptak suksess. En høy osmolality kutte løsning har tidligere blitt brukt for mellomhjernen skive forberedelser for å bedre bevare dopamin neurons for oppdateringen klemme opptak57,58, dermed demonstrere at dette midlertidige hyperosmolality kan være gunstig i noen sammenhenger.
Ved å implementere en optimalisert prosedyre kombinere NMDG beskyttende gjenopprettingsmetode og gradvis Na+ er pigg i trinn nytten av denne hjernen skive metoden utvidet for å dekke juvenile gjennom moden voksen dyr aldre. Denne oppdaterte protokollen er nå egnet for en rekke dyr alder bruke en enkelt optimale NMDG aCSF formulering og prosedyre. Eventuelt Na+ pigg i fremgangsmåten kan brukes med en stadig lengre forsinkelse og/eller tregere gang løpet å øke levedyktigheten til hjernen skiver fra eldre dyr, og vi har gitt en grunnleggende veiledning i anbefalte pigg i tidsplaner ifølge dyr alder (se tabell 2). Mens vi gir en grunnleggende rammeverk som er egnet for en rekke applikasjoner, kan avansert forholdsregler utforskes for å ytterligere forbedre levedyktighet og lang levetid på hjernen skiver fra voksne og aldring dyr. For eksempel glutation restaurering strategier er spesielt effektiv i denne henseende og kan implementeres som beskrevet andre steder2,6.
Bedre gjennomstrømming for utfordrende eksperimenter Analyse av synaptic tilkobling av oppdateringen klemme innspillingen er et krevende program som krever gode bevaring av både neuronal struktur og funksjon for å oppnå en høy pålitelighet av suksess. Som antall nevroner spilles samtidig går lineært, teknisk vanskelighetsgraden går opp supra-lineært. Det er mange feilmodi, og en av de vanligste årsakene til feil er manglende evne til skjemaet tilstrekkelig gigaohm pakninger på ett eller flere av de målrettede cellene. Dette kan dramatisk langsom fremgang, spesielt når tre eller flere neurons må tas opp samtidig. Samsvar med funn av raskere gigaohm forsegle formasjon tid med optimalisert NMDG beskyttende utvinning metoden, var det en markert forbedring i suksessrate og gjennomstrømning multi Nevron oppdateringen klemme opptak eksperimenter med både voksen transgene musen hjernen skiver og voksen neurosurgical hjernen skiver. Forbedret effektiviteten er nesten helt sikkert tilskrives både raskere og pålitelig gigaohm segl dannelse og forbedret neuronal bevaring av skivene med denne protokollen. Selv om denne protokollen fokuserer på fordelene eksplisitt for oppdateringen klemme opptak programmer, er lignende gevinst forventet for andre utfordrende eksperimentelle applikasjoner der hjernen stykke levedyktighet er avgjørende.

Akutt hjernen stykke forberedelse er en viktig eksperimentell modellsystem i nevrovitenskap. Omtrent halvparten av et århundre, har denne plattformen aktivert dynamisk funksjonelle studier av levende hjernen over en rekke anatomiske hjernen regioner og dyrearter. Om det aktuelle programmet er biokjemi, funksjonell imaging, morfologi eller elektrofysiologi, er det av største betydning å sikre optimal integritet og levedyktigheten til skiver vevet. Det er derfor at svært fleksible juvenile gnager hjernen stykke utarbeidelse (dvs., yngre enn postnatal dag 30 for mus) har vært den mest foretrukne hittil. Problemer å skaffe tilstrekkelig sunn hjernens skiver fra moden voksen og eldre dyr har vist seg for å være en formidabel utfordring for de fleste og har pålagt alvorlige begrensninger for å studere funksjonelle arkitektur modne hjernen. Dette gjelder særlig for oppdateringen klemme opptak, en teknikk som krever gode morfologiske og funksjonelle bevaring og er uunnværlig for å karakterisere detaljerte indre og synaptic egenskaper identifiserte enkelt neurons. For de siste tiårene avhengig det store flertallet av oppdateringen klemme electrophysiologists "beskyttende cutting" metode bruker sukrose-substituert lav Na+ aCSF1 for å forberede sunn hjernens skiver fra juvenile, og i langt mindre grad, ung voksen dyr. Denne metoden er basert på premisset om at passiv Na+ strøm og påfølgende vann oppføringen og celle hevelse under det skive kutte steget er den dominerende fornærmelsen som fører til dårlig overlevelse av neurons, spesielt for disse nervecellene ligger i den overfladisk lag som er mest sannsynlig å opprettholde direkte traumer fra bladet bevegelsen. Men etterlater metoden beskyttende kutte fremdeles mye å være ønsket for hjernen stykke forberedelse fra modne voksen dyr uansett bestemt aCSF formulering implementert.
En enkel, men effektiv løsning på dette problemet har vært beskrevet2,3,4,5,6 og kalt "beskyttende recovery" hjernen skive metoden. Originalversjonen av denne metoden bruker en NMDG-substituert aCSF, som NMDG ble identifisert som den mest allsidige og effektiv blant ulike andre kandidat natrium ion erstatter (inkludert sukrose, glyserol, kolin og Tris). Media utformingen ble ytterligere forbedret med tillegg av HEPES å motstå hjernen stykke ødem og gi sterkere pH bufring7, samt tillegg av kosttilskudd for å motvirke de skadelige virkningene av oksidativt stress (tabell 1). Det var empirisk fastslått at en innledende utvinning inkubasjon trinn i lav Na+, lav Ca2 +, og høy Mg2 + NMDG aCSF umiddelbart etter voksen hjernen vev kutting var både nødvendig og tilstrekkelig for forbedret neuronal bevaring over et bredt spekter av hjernen regioner og celletyper dyr alderen3,5,6.
Spesielt, finnes tidligere inkarnasjoner av hva er nå kalt den beskyttende gjenopprettingsmetode i litteratur1,8,9,10,11,12, 13, selv om potensialet for modne voksen og aldring dyr hjernen skive og patch klemme innspillingen ble ikke gjenkjent, eller vist i disse tidligere arbeider. I tillegg fortsetter nyansert fremgangsmåter for variasjonene å støtte bestemte eksperimentelle programmer4,14,15,16. Kollektive kroppen arbeid av disse rekke forskningsgrupper formidler høy tilliten til robusthet av det beskyttende gjenopprettingsmetode for bedre vev bevaring. Metoden NMDG beskyttende utvinning er nå allment vedtatt og gjennomført inne mange publiserte studier utnytte voksen dyr hjernen stykke forberedelser. Disse akutt skive studiene span neocortical3,17,18, hippocampus15,19,20,21, striatal22 , 23 , 24, mellomhjernen,25,,26,,27,,28,,29og hindbrain30,31,32, 33 , 34 regioner, og en rekke nevrotransmitter og neuromodulator typer, inkludert glutamatergic4,30, GABAergic18,20,31,35 ,36, dopaminergic24,29,37,38, cholinergic14,37,38, 39, noradrenergic40, og serotonergic27,28 neurotransmission. Metoden er også godt egnet for optogenetic kontroll av neuronal aktivitet i skiver avledet fra transgene dyr3,39 eller etter i vivo viral injeksjoner17,27, 28,40,41,42,43, som vel som funksjonell Ca2 + imaging neuronal aktivitet2,44 ,45,46. Analyser av både kortsiktige plastisitet4,47,48 og ulike former for langsiktig plastisitet16,35,48 har vært rapportert. En fersk studie brukt NMDG beskyttende gjenopprettingsmetode for å lette omfattende og systematisk undersøkelser av synaptic tilkobling i hjernebarken i eldre voksen mus hjernen skiver med octopatch innspillingen konfigurasjon49 -en kraftig demonstrasjon av verktøyet og robusthet av denne metoden. Den beskyttende gjenopprettingsmetode har selv vært brukt med hell i tidligere uforutsette eksperimentelle sammenhenger, for eksempel, bedre bevaring av blodkar og pericytes i voksen kortikale hjernen skiver50, patch klemme opptak fra transplantert interneuron populasjoner i 1-1,5 år gamle Alzheimers musen modeller20og en voksen hjernen stykke reseptor menneskehandel analysen51.
Følgende protokollen beskriver trinnvise fremgangsmåter for å implementere en optimalisert NMDG beskyttende gjenopprettingsmetode hjernen stykke forberedelser å forbedre levedyktigheten til akutt hjernen skiver. Prinsippene for forbedret neuronal bevaring er diskutert, samt demonstrasjon av de klare fordelene ved denne metoden for komplekse multi Nevron oppdateringen klemme innspillingen eksperimenter i både unge voksne transgene musen hjernen skiver og moden voksen neurosurgical hjernen skiver. Følgende protokollen er validert for mus fra 21 dager gammel til mer enn ett år, også for menneske neurosurgical prøver fra voksne pasienter.

<table style="width:948px;" width="948">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="width:319px;height:21px;">Compresstome VF-200</td>
			<td style="width:185px;">Precisionary Instruments</td>
			<td style="width:131px;">VF-200</td>
			<td style="width:315px;">Vibrating tissue slicer (recommended)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N-methyl-D-glucamine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M2004</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S3014</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potassium Chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5405</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Phosphate monobasic dihydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>71505</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Bicarbonate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5761</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HEPES</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H4034</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glucose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G7021</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Ascorbate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A4034</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thiourea</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T8656</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium pyruvate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5280</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Calcium chloride dihydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C7902</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Magnesium Sulfate heptahydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M1880</td>
			<td>aCSF constituent</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2,2,2-Tribromoethanol&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T48402</td>
			<td>Anesthetic component 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-methyl-2-butanol&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>240486</td>
			<td>Anesthetic component 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Curved blunt forceps</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11065-07</td>
			<td>Brain dissection tools</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Fine dissecting scissors (supercut)</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14058-09</td>
			<td>Brain dissection tools</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Large heavy duty scissors 7&#39;&#39;</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14000-18</td>
			<td>Brain dissection tools</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Metal spatula</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z511455-1PAK</td>
			<td>Brain dissection tools</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Razor blades</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89031-954</td>
			<td>Brain dissection tools</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Brain Slice Keeper-4</td>
			<td>Automate Scientific</td>
			<td>S-BSK4</td>
			<td>brain slice holding chamber</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">nylon netting&#160;</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>64-0198</td>
			<td>For building small slice recovery chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pyrex glass beakers (250 mL)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89090-434</td>
			<td>For building small slice recovery chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">35 mm plastic dish, round</td>
			<td>VWR</td>
			<td>100488-376</td>
			<td>For building small slice recovery chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gas diffuser stones (10 &#181;m)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>59277</td>
			<td>For constant carbogenation (fine bubbles)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Agarose Type I-B</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A0576</td>
			<td>For embedding brain specimens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Micro loader tips</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>22491229</td>
			<td>For filling patch clamp electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sylgard</td>
			<td>VWR</td>
			<td>102092-312</td>
			<td>For making a custom dissecting platform</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrochloric acid&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H1758-100ML</td>
			<td>For pH adjustment of media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium Hydroxide&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221465-25G</td>
			<td>For pH adjustment of media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potassium Hydroxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221473</td>
			<td>For pH adjustment of media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plastic transfer pipets 3 mL graduated</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89497-676</td>
			<td>For slice transfer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Zirconium ceramic injector blades</td>
			<td>Cadence Specialty Blades</td>
			<td>EF-INZ10</td>
			<td>http://cadenceinc.com/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">KG-33 borosilicate glass capillary w/filament</td>
			<td>King Glass Company</td>
			<td>custom quote</td>
			<td>ID: 0.87mm, OD 1.50mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Biocytin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>B4261</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phosphocreatine disodium</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P7936</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potassium Gluconate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>G4500-100G</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">EGTA</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E3889</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mg-ATP</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9187</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Na2-GTP</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>51120</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">sucrose</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S0389</td>
			<td>Intern pipette solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Heated water bath (2.5L)</td>
			<td>VWR</td>
			<td style="width:131px;">13491-060</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Filter paper rounds</td>
			<td>VWR</td>
			<td>28456-022</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cyanoacrylate glue</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B000BQRBO6</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Glass petri dish</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89000-326</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10X Phosphate buffered saline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5493</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">30 mL syringes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BD302832</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1 mL syringes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>BD-309628</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">25 5/8 gauge needles</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89219-292</td>
			<td>Miscellaneous</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Thermomixer (w/1.5 mL tube block)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89232-908</td>
			<td>To keep agarose molten&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of acute brain slices using an optimized n-methyl-d-glucamine protective recovery method

Denne protokollen er en praktisk guide til N-methyl-D-glucamine (NMDG) beskyttende gjenopprettingsmetode hjernen stykke forberedelser. Mange studier har validert nytten av denne metoden for å forbedre neuronal bevaring og generelle hjernen stykke levedyktighet. Gjennomføringen av denne teknikken av tidlig adoptert har muliggjort detaljerte undersøkelser i hjernefunksjon bruker forskjellige eksperimentelle programmer og dekker en rekke dyr aldre og områder av hjernen celletyper. Fremgangsmåten er beskrevet for å gjennomføre beskyttende utvinning hjernen stykke teknikken bruker en optimalisert NMDG kunstig cerebrospinalvæske (aCSF) media formulering og forbedret prosedyre å pålitelig få sunn hjernens sektorene for oppdateringen klemme elektrofysiologi. Med denne oppdatert en betydelig forbedring er observert i hastigheten og påliteligheten av gigaohm forsegle formasjon under målrettet oppdateringen klemme opptak eksperimenter samtidig opprettholde gode neuronal bevaring, dermed tilrettelegge utfordrende eksperimentell programmer. Representant resultatene er gitt flere Nevron oppdateringen klemme opptak eksperimenter til analysen synaptic tilkobling i neocortical hjernen skiver utarbeidet fra ung voksen transgene mus og moden voksen menneske neurosurgical prøver. Videre er optimalisert NMDG beskyttende utvinning metoden av hjernen slicing kompatibel med både unge og voksne dyr, derfor løse en begrensning av den opprinnelige metodikken. Oppsummert, kan en enkelt formulering og hjernen kutting prosedyren implementeres på tvers av ulike arter og aldre å oppnå gode levedyktighet og vev bevaring.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method at JoVE.com

Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method

Denne protokollen demonstrerer gjennomføringen av en optimalisert N-methyl-D-glucamine (NMDG) beskyttende gjenopprettingsmetode hjernen stykke forberedelser. En enkelt formulering brukes til å få pålitelig sunn hjernens skiver fra dyr i alle aldre og forskjellige eksperimentelle programmer.

Utarbeidelse av akutt hjernen skiver med en optimalisert N-Methyl-D-glucamine beskyttende gjenopprettingsmetode

This protocol is a practical guide to the N-methyl-D-glucamine (NMDG) protective recovery method of brain slice preparation. Numerous recent studies have ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Preparation of Acute Brain Slices Using an Optimized N-Methyl-D-glucamine Protective Recovery Method

Preparation of Oligomeric &beta;-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Preparation of Oligomeric ÃƒÅ½Ã‚Â²-amyloid1-42 and Induction of Synaptic Plasticity Impairment on Hippocampal Slices

Impairment of synaptic connections is likely to underlie the subtle amnesic changes occurring at the early stages of Alzheimer s Disease (AD). ...

Preparation of Acute Subventricular Zone Slices for Calcium Imaging

Utarbeidelse av Akutt subventricular sone Slices for kalsium Imaging

The subventricular zone (SVZ) is one of the two neurogenic zones in the postnatal brain. The SVZ contains densely packed cells, including neural ...

In vivo Postnatal Electroporation and Time-lapse Imaging of Neuroblast Migration in Mouse Acute Brain Slices

In vivo Postnatal Electroporation and Time-lapse Imaging of Neuroblast Migration in Mouse Acute Brain Slices

In vivo Postnatal Electroporation og Time-lapse Imaging av neuroblast Migration in Mouse Akutt Brain Slices

The subventricular zone (SVZ) is one of the main neurogenic niches in the postnatal brain. Here, neural progenitors proliferate and give rise to ...

Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings

Elektro og Morfologisk Karakterisering av Nevronale kretser i Akutt Brain Slices hjelp Grupperte patch-clamp Recordings

The combination of patch clamp recordings from two (or more) synaptically coupled neurons (paired recordings) in acute brain slice preparations with ...

Investigation of Synaptic Tagging/Capture and Cross-capture using Acute Hippocampal Slices from Rodents

Gransking av Synaptic Tagging / Capture and Cross-fangst ved hjelp Akutt hippocampus Slices fra Gnagere

Synaptic tagging and capture (STC) and cross-tagging are two important mechanisms at cellular level that explain how synapse-specificity and associativity ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

Innspillingen synaptiske plastisitet i akutt hippocampus skiver vedlikeholdes i en liten volum resirkulering-, perfusjon og neddykking-type kammer System

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...

Optimized Management of Endovascular Treatment for Acute Ischemic Stroke

Optimalisert forvaltning av Endovascular behandling for akutt iskemiske hjerneslag

This manuscript describes a streamlined protocol for the management of patients with acute ischemic stroke, which aims at the minimization of time from ...

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

En alternativ tilnærming til studere primære hendelser i Neurodegeneration bruker Ex Vivo rotte hjernen skiver

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, ...

Preparation of Acute Spinal Cord Slices for Whole-cell Patch-clamp Recording in Substantia Gelatinosa Neurons

Utarbeidelse av akutt ryggmargen skiver for hele celle Patch-klemme opptak i Substantia Gelatinosa nerveceller

Recent whole-cell patch-clamp studies from substantia gelatinosa (SG) neurons have provided a large body of information about the spinal mechanisms ...

Two-photon Imaging of Microglial Processes' Attraction Toward ATP or Serotonin in Acute Brain Slices

To-fotonet Imaging Microglial prosesser attraksjon mot ATP eller Serotonin i akutt hjernen skiver

Microglial cells are resident innate immune cells of the brain that constantly scan their environment with their long processes and, upon disruption of ...