Name: external excitation of neurons using electric and magnetic fields in one- and two-dimensional cultures
Uploaded: 2017-05-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures at JoVE.com

Die Autoren danken Ofer Feinerman, Fred Wolf, Menahem Segal, Andreas Neef und Eitan Reuveny für sehr hilfreiche Diskussionen. Die Autoren danken Ilan Breskin und Jordi Soriano für frühe Versionen der Technologie zu entwickeln. Die Autoren danken Tsvi Tlusty und Jean-Pierre Eckmann für die Hilfe bei den theoretischen Konzepten. Diese Forschung wurde von der Minerva-Stiftung, das Ministerium für Wissenschaft und Technologie, Israel, und Israel Science Foundation Grant 1320-1309 und die Bi-National Science Foundation Grant 2.008.331 unterstützt.

Ethikerklärung: Verfahren unter Verwendung tierische Handhabung wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) des Weizmann Institute of Science und dem entsprechenden israelischen Rechts getan. Das Weizmann Institut wird von der Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care International (AAALAC) akkreditiert. Das Weiz Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt diese Studie mit Hippocampus-Neuronen durchgeführt. <p class="...

<ol>
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M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axon+diodes+for+the+reconstruction+of+oriented+neuronal+networks+in+microfluidic+chambers.">Axon diodes for the reconstruction of oriented neuronal networks in microfluidic chambers.</a> Lab Chip. 11 (21), 3663-3673 (2011).</li><li>Renault, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+microfluidics,+optogenetics+and+calcium+imaging+to+study+neuronal+communication+in+vitro.">Combining microfluidics, optogenetics and calcium imaging to study neuronal communication in vitro.</a> PLoS One. 10 (4), e0120680 (2015).</li><li>Roth, B. J., Basser, P. 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1D Musterung ist ein wichtiges Werkzeug, das für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden kann. Zum Beispiel haben wir 1D Musterung für die Erstellung von Logikgattern aus neuronalen Kulturen 29 und in jüngerer Zeit zu messen , die Chronaxie und die Rheobase von Ratten - Hippocampus - Neuronen 5, und die Verlangsamung der Signalausbreitungsgeschwindigkeit des Brennen Aktivität in Down - Syndrom - Hippocampus - Neuronen im Vergleich zu dem verwendeten Wildtyp (WT...

Die Wechselwirkung zwischen Neuronen und externen elektrischen Feldern hat sowohl grundlegende Implikationen als auch praktische. Während es seit den Zeiten von Volta bekannt ist, dass ein extern angelegtes elektrisches Feld Gewebe anregen kann, sind die Mechanismen, die für die Produktion eines resultierenden Aktionspotentials in Neuronen verantwortlich sind, erst vor kurzem aufgefangen 1 , 2 , 3 , 4 . Hierbei handelt es sich um Antworten auf Fragen, die den Mechanismus betreffen, der die Depolarisation des Membranpotentials, die Rolle der Membraneigenschaften und der Ionenkanäle und sogar die Region im Neuron, die auf das elektrische Feld 2 , 5 reagiert, verursacht. Therapeutische Neurostimulation 6 , 7 , 8 , 9 , <supclass = „xref“&gt; 10 Methoden sind besonders abhängig von diesen Informationen, die für die Ausrichtung der betroffenen Gebiete von entscheidenden Bedeutung sein kann und das Ergebnis der Therapie für das Verständnis. Ein solches Verständnis kann auch helfen, Behandlungsprotokolle und neue Ansätze zur Stimulation verschiedenen Bereiche im Gehirn zu entwickeln. Messen der Wechselwirkung innerhalb des in - vivo - Gehirns fügt eine wichtige Komponente dieses Verständnisses, sondern wird durch die Ungenauigkeit und niedrige Steuerbarkeit der Messungen innerhalb des Schädels behindert. Im Gegensatz dazu können die Messungen in den Kulturen mit hohen Präzision leicht, exzellenten Signal-Rausch-Leistung und einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit und der Kontrolle in hohem Volumen durchgeführt werden. Mit Kulturen eine große Vielfalt von neuronalen Eigenschaften des kollektiven Verhalten des Netzwerks können 11 aufgeklärt werden, 12, 13, 14, </sup&gt; 15, 16. In ähnlicher Weise ist dies gut kontrolliert werden , um hocheffiziente System erwartet , dass der Mechanismus in Aufklären , durch die anderen Stimulationsverfahren arbeiten, wie zum Beispiel Kanalöffnung während der optischen Stimulation in optogenetically aktiven Neuronen 17, 18, 19 ist verantwortlich für die Erstellung von Aktionspotential. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Beschreibung der Entwicklung und das Verständnis von Werkzeugen, die effizient das Neuron über ein externes elektrisches Feld anregen kann. In diesem Papier beschreiben wir die Herstellung von zweidimensionaler und eindimensionalen gemusterten hippocampalen Kulturen, Stimulation verschiedene Konfigurationen und Orientierung eines direkt angelegten elektrischen Feld von Badelektroden verwenden und schließlich Stimulation von zweidimensionalen und bemustert eindimensionalen Kulturen nach a zeitlich veränderliches Magnetfeld, das ein elektrisches Feld induziert,5, 20, 21.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>APV</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A8054</td>
			<td>Disconnect the network. Mentioned in Section 2.4.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 supp</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17504-044</td>
			<td>Plating medium. Mentioned in Section 1.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bicuculline</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>14343</td>
			<td>Disconnect the network&#160;. Mentioned in Section 2.4.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borax (sodium tetraborate decahydrate)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9640</td>
			<td>Borate buffer. Mentioned in Section 1.1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric acid</td>
			<td>Frutarom LTD</td>
			<td>5550710</td>
			<td>Borate buffer. Mentioned in Section 1.1.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2 , 1M</td>
			<td>Fluka&#160;</td>
			<td>21098</td>
			<td>Extracellular recording solution&#160;. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNQX</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C239</td>
			<td>Disconnect the network&#160;. Mentioned in Section 2.4.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>COMSOL</td>
			<td>COMSOL Inc</td>
			<td>Multiphysics 3.5</td>
			<td>Numerical simulation. Mentioned in Section 3.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose, 1M</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>65146</td>
			<td>Plating medium, Extracellular recording solution&#160;. Mentioned in Section 1.1.1&#160;&#160;&#160; 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-PBS</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D8537</td>
			<td>Cell Cultures. Mentioned in Section 1.2.4&#160;&#160;&#160; 1.2.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FCS(FBS)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12657-029</td>
			<td>Plating medium. Mentioned in Section 1.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F1141</td>
			<td>Bio Coating. Mentioned in Section 1.2.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluo4, AM</td>
			<td>Life technologies</td>
			<td>F14201</td>
			<td>Imaging of spontaneous or evoked activity&#160;. Mentioned in Section 1.5.1&#160;&#160;&#160; 1.5.3&#160;&#160;&#160; 1.5.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FUDR</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F0503</td>
			<td>Changing medium. Mentioned in Section 1.4.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamycin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G1272</td>
			<td>Plating medium, Changing medium, Final medium. Mentioned in Section 1.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX 100X</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050-038</td>
			<td>Plating medium, Changing medium, Final medium. Mentioned in Section 1.1.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes, 1M</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H0887</td>
			<td>Extracellular recording solution&#160;. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HI HS&#160;</td>
			<td>BI</td>
			<td>04-124-1A</td>
			<td>Plating medium, Changing medium, Final medium. Mentioned in Section 1.1.1&#160;&#160;&#160; 1.4.1&#160;&#160;&#160; 1.4.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl,&#160; 3M</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1049361000</td>
			<td>Extracellular recording solution. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminin&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L2020</td>
			<td>Bio Coating. Mentioned in Section 1.2.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM x 1</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>21090-022</td>
			<td>Plating medium, Changing medium, Final medium. Mentioned in Section 1.4.1&#160;&#160;&#160; 1.4.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2 , 1M</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M1028</td>
			<td>Extracellular recording solution. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl, 4M</td>
			<td>Bio-Lab</td>
			<td>19030591</td>
			<td>Extracellular recording solution&#160;. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Octadecanethiol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>01858</td>
			<td>Cleaning Cr-Au coated coverslips (1D cultures). Mentioned in Section 1.2.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluracare F108 NF Prill</td>
			<td>BASF Corparation&#160;</td>
			<td>50475278</td>
			<td>Bio-Rejection Coating, Bio Coating. Mentioned in Section 1.2.4&#160;&#160;&#160; 1.2.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-L-lysine 0.01% solution&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>&#160;P47075</td>
			<td>Promote cell division. Mentioned in Section 1.1.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose, 1M</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S1888</td>
			<td>Extracellular recording solution&#160;. Mentioned in Section 1.5.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thiol&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1858</td>
			<td>Bio-Rejection Coating. Mentioned in Section 1.2.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>URIDINE</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>U3750</td>
			<td>Changing medium. Mentioned in Section 1.4.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputtering machine</td>
			<td>AJA International, Inc</td>
			<td>ATC Orion-5Series&#160;</td>
			<td>coating glass with thin layers of metal. Mentioned in Section 1.2.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen plotter&#160;</td>
			<td>Hewlett Packard&#160;</td>
			<td>HP 7475A</td>
			<td>Etching of pattern to the coated coverslip. Mentioned in Section 1.2.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrodes wires&#160;</td>
			<td>A-M Systems, Carlsborg WA</td>
			<td>767000</td>
			<td>Electric stimulation of neuronal cultures. Mentioned in Section 2.1&#160;&#160;&#160; 2.2&#160;&#160;&#160; 2.3&#160;&#160; 2.4.5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal generator</td>
			<td>BKPrecision</td>
			<td>4079</td>
			<td>Shaping of the electric signal. Mentioned in Section 2.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Homemade</td>
			<td></td>
			<td>Voltage amplification of the signal from the signal generator to the electrodes. Mentioned in Section 2.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Matrix&#160;</td>
			<td>MPS-3005 LK-3&#160;</td>
			<td>Power supply to the sputtering machine. Mentioned in Section 1.2.2.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transcranial magnetic stimulation</td>
			<td>Magstim, Spring Gardens, UK</td>
			<td>Rapid 2</td>
			<td>Magnetic stimulation of neuronal culture. Mentioned in Section 3.1&#160;&#160; 3.3&#160;&#160; 3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>Cognis</td>
			<td>Versamid 140</td>
			<td>Casting of homemade coils. Mentioned in Section 3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>Shell</td>
			<td>EPON 815&#160;</td>
			<td>Casting of homemade coils. Mentioned in Section 3.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Platinum wires 0.005&#39;&#39; thick; A-M Systems,&#160;</td>
			<td>&#160;Carlsborg WA</td>
			<td>&#160;767000</td>
			<td>Electric stimulation of neuronal cultures. Mentioned in Section 2.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circular magnetic coil</td>
			<td>Homemade</td>
			<td></td>
			<td>Magnetic stimulation of neuronal culture. Mentioned in Section 3.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WaveXpress SW</td>
			<td>B&#38;K Precision&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Waveform editing software. Mentioned in Section 2.1.32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xion Ultra 897</td>
			<td>Andor</td>
			<td></td>
			<td>Sensitive EMCCD camera. Mentioned in Section 2.4.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

external excitation of neurons using electric and magnetic fields in one- and two-dimensional cultures

Ein Neuron wird ein Aktionspotential ausgelöst, wenn dessen Membranpotential einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In typischer Aktivität des Gehirns, tritt dies als Ergebnis chemischer Eingänge seine Synapsen. Allerdings Neuronen können auch durch ein auferlegtes elektrisches Feld angeregt werden. Insbesondere aktivieren bisherige klinische Anwendungen Neuronen, die durch ein elektrisches Feld von außen zu schaffen. Es ist daher von Interesse, zu untersuchen, wie das Neuron zum äußeren Feld reagiert und was bewirkt, dass das Aktionspotential. Glücklicherweise ist eine präzise und kontrollierte Anwendung eines externen elektrischen Feldes möglich ist, für die embryonale neuronale Zellen, die herausgeschnitten werden, dissoziiert und in Kulturen gezüchtet. Dies ermöglicht die Untersuchung dieser Fragen in hochreproduzierbarer System. In diesem Papier einige der Techniken für die kontrollierte Anwendung von externem elektrischem Feld auf neuronalen Kulturen verwendet werden, überprüft. Die Netzwerke können entweder eindimensional sein, dh in linea gemustertr Formen oder auf der gesamten Ebene des Substrats wachsen gelassen, und somit zweidimensional. Darüber hinaus kann die Anregung durch das direkte Anlegen des elektrischen Feldes über die Elektroden in dem Fluid (Badelektroden) oder durch Induzieren des elektrischen Felds unter Verwendung der Fern Schaffung magnetischer Impulse erzeugt wird eingetaucht.

<html> Das dargestellte Protokoll ermöglicht eine einfache Strukturierung von neuronalen Kulturen. Wenn es mit mehreren Methoden kombiniert wird, die wir für die Stimulation entwickelt haben, ermöglicht es, Messungen von einigen intrinsischen Neuroneigenschaften wie Chronaxie und Rheobase 5 durchzuführen, um die Eigenschaften von gesunden und kranken Neuronen zu vergleichen, um optimale Wege zu finden, um Kulturen als Funktion von zu stimulieren Ihre Struktur u...

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External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures

Neuronale Kulturen sind ein gutes Modell für die Untersuchung Schwellen Hirnstimulation Techniken über ihre Wirkung auf die einzelnen Neuronen oder einer Population von Neuronen. Dargestellt hier sind verschiedene Verfahren zur Stimulation von gemusterten neuronalen Kulturen durch ein elektrisches Feld erzeugt wird direkt durch Badelektroden oder induziert durch ein zeitlich veränderliches Magnetfeld.

Externe Anregung von Neuronen mittels elektrische und magnetische Felder in One- und Zweidimensionale Kulturen

A neuron will fire an action potential when its membrane potential exceeds a certain threshold. In typical activity of the brain, this occurs as a result ...

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Dissection and Culture of Commissural Neurons from Embryonic Spinal Cord

Dissection und Kultur kommissuralen Nervenzellen aus embryonalen Rückenmark

Commissural neurons have been widely used to investigate the mechanisms underlying axon guidance during embryonic spinal cord development. The cell bodies ...

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Using Affordable LED Arrays for Photo-Stimulation of Neurons

Mit Affordable LED Arrays für Photo-Stimulation von Neuronen

Standard slice electrophysiology has allowed researchers to probe individual components of neural circuitry by recording electrical responses of single ...

Comprehensive Profiling of Dopamine Regulation in Substantia Nigra and Ventral Tegmental Area

Umfassende Profilierung der Verordnung Dopamin in der Substantia nigra und ventralen Tegmentum

Dopamine is a vigorously studied neurotransmitter in the CNS. Indeed, its involvement in locomotor activity and reward-related behaviour has fostered five ...

One Mouse, Two Cultures: Isolation and Culture of Adult Neural Stem Cells from the Two Neurogenic Zones of Individual Mice

Eine Maus, zwei Kulturen: Isolierung und Kultur von adulten neuralen Stammzellen aus dem Zwei Neurogene Zonen der einzelnen Mäuse

The neurosphere assay and the adherent monolayer culture system are valuable tools to determine the potential (proliferation or differentiation) of adult ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Die Verwendung von magnetischen Resonanzspektroskopie als Werkzeug für die Messung der Bi-hemisphärische transkranielle elektrische Stimulation Auswirkungen auf primären motorischen Kortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

Rapid Genotyping of Animals Followed by Establishing Primary Cultures of Brain Neurons

Schnelle Genotypisierung der Tiere nach Aufbau Primärkulturen von Neuronen des Gehirns Gefolgt

High-resolution analysis of the morphology and function of mammalian neurons often requires the genotyping of individual animals followed by the analysis ...

Reliable Identification of Living Dopaminergic Neurons in Midbrain Cultures Using RNA Sequencing and TH-promoter-driven eGFP Expression

Zuverlässige Identifikation von Wohn dopaminerge Neurone in Mittelhirns Kulturen unter Verwendung von RNA-Sequenzierung und TH-Promotor getriebene eGFP Expression

In Parkinson&#39;s Disease (PD) there is widespread neuronal loss throughout the brain with pronounced degeneration of dopaminergic neurons in the SNc, ...

Quantification of Endosome and Lysosome Motilities in Cultured Neurons Using Fluorescent Probes

Quantifizierung von Endosom- und Lysosom-Motilen in kultivierten Neuronen mit fluoreszierenden Sonden

In the brain, membrane trafficking systems play important roles in regulating neuronal functions, such as neuronal morphology, synaptic plasticity, ...

Preparations and Protocols for Whole Cell Patch Clamp Recording of Xenopus laevis Tectal Neurons

Preparations and Protocols for Whole Cell Patch Clamp Recording of Xenopus laevis Tectal Neurons

Vorbereitungen und Protokolle für die ganze Zelle Patch Clamp Aufnahme von Xenopus Laevis Tectal Neuronen

The Xenopus tadpole retinotectal circuit, comprised of the retinal ganglion cells (RGCs) in the eye which form synapses directly onto neurons in the optic ...

Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture

Ballistische Kennzeichnung von Pyramidal neurons in Gehirnscheiben und in der primären Zellkultur

It has been reported that the size and shape of dendritic spines is related to their structural plasticity. To identify the morphological structure of ...