Name: rewiring neuronal circuits: a new method for fast neurite extension and functional neuronal connection
Uploaded: 2017-06-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Rewiring Neuronal Circuits: A New Method for Fast Neurite Extension and Functional Neuronal Connection at JoVE.com

Wir danken Yoichi Miyahara für viele hilfreiche Diskussionen und Einsichten. MA und PG bestätigen die Finanzierung von NSERC.

Alle nachfolgend beschriebenen Verfahren wurden vom Tierpflegeausschuss der McGill University genehmigt und entsprechen den Richtlinien des Canadian Council of Animal Care. 1. Standardisierung von neuronalen Kulturen mit mikrofluidischen Geräten: Gerätemontage <ol><li> Wählen Sie eine geeignete mikrofluidische Vorrichtung für das gewünschte Experiment aus. Um Neuronen in der gleichen Population zu verbinden, verwenden Sie die Neuro-Geräte (Abbildung 1 ) ...

<ol>
	<li>Chew, D. J., Fawcett, J. W., Andrews, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+challenges+of+long-distance+axon+regeneration+in+the+injured+CNS.">The challenges of long-distance axon regeneration in the injured CNS.</a> Prog. Brain. Res. 201, 253-294 (2012).</li><li>Bradke, F., Fawcett, J. W., Spira, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+a+new+growth+cone+after+axotomy:+the+precursor+to+axon+regeneration.">Assembly of a new growth cone after axotomy: the precursor to axon regeneration.</a> Nat. Rev. Neurosci. 13 (4), 189-193 (2012).</li><li>Aguayo, A. J., 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=Synaptic+connections+made+by+axons+regenerating+in+the+central+nervous+system+of+adult+mammals.">Synaptic connections made by axons regenerating in the central nervous system of adult mammals.</a> J. Exp. Biol. 153, 199-224 (1990).</li><li>Lamoureux, P., Ruthel, G., Buxbaum, R. E., Heidemann, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+tension+can+specify+axonal+fate+in+hippocampal+neurons.">Mechanical tension can specify axonal fate in hippocampal neurons.</a> J Cell Biol. 159 (3), 499-508 (2002).</li><li>Goslin, K., Banker, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observations+on+the+development+of+polarity+by+hippocampal+neurons+in+culture.">Experimental observations on the development of polarity by hippocampal neurons in culture.</a> J Cell Biol. 108 (4), 1507-1516 (1989).</li><li>Dotti, C. G., Sullivan, C. A., Banker, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Establishment+of+polarity+by+hippocampal+neurons+in+culture.">The Establishment of polarity by hippocampal neurons in culture.</a> J. Neurosci. 8 (4), 1454-1468 (1988).</li><li>Magdesian, M. H., 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=Rapid+mechanically+controlled+rewiring+of+neuronal+circuits.">Rapid mechanically controlled rewiring of neuronal circuits.</a> J. Neurosci. 36 (3), 979-987 (2016).</li><li>Lucido, A. L., 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=Rapid+assembly+of+functional+presynaptic+boutons+triggered+by+adhesive+contacts.">Rapid assembly of functional presynaptic boutons triggered by adhesive contacts.</a> J. Neurosci. 29 (40), 12449-12466 (2009).</li><li>Suarez, F., Thostrup, P., Colman, D., Grutter, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+presynaptic+protein+recruitment+induced+by+local+presentation+of+artificial+adhesive+contacts.">Dynamics of presynaptic protein recruitment induced by local presentation of artificial adhesive contacts.</a> Dev. Neurobiol. 73, 1123-1133 (2013).</li><li>General Laboratory Techniques. An Introduction to Working in the Hood. JoVE Science Education Database Available from: <a target="_blank" href="https://www.jove.com/science-education/5036/an-introduction-to-working-in-the-hood">https://www.jove.com/science-education/5036/an-introduction-to-working-in-the-hood</a> (2016)</li><li>Strober, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+cell+growth.">Monitoring cell growth.</a> Curr Protoc Immunol. A-3A, (2001).</li><li>Beaudoin, G. 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=Culturing+pyramidal+neurons+from+the+early+postnatal+mouse+hippocampus+and+cortex.">Culturing pyramidal neurons from the early postnatal mouse hippocampus and cortex.</a> Nat. Protoc. 7 (9), 1741-1754 (2012).</li><li>Bray, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+growth+in+response+to+experimentally+applied+mechanical+tension.">Axonal growth in response to experimentally applied mechanical tension.</a> Dev. Biol. 102, 379-389 (1984).</li><li>Lamoureux, P., Buxbaum, R. E., Heidemann, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+outgrowth+of+cultured+neurons+is+not+limited+by+growth+cone+competition.">Axonal outgrowth of cultured neurons is not limited by growth cone competition.</a> J. Cell Sci. 111, 3245-3252 (1998).</li><li>Pfister, B. J., Bonislawski, D. P., Smith, D. H., Cohen, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sketch-grown+axons+retain+the+ability+to+transmit+active+electrical+signals.">Sketch-grown axons retain the ability to transmit active electrical signals.</a> FEBS Lett. 580, 3525-3531 (2006).</li><li>Magdesian, M. H., 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=Atomic+force+microscopy+reveals+important+differences+in+axonal+resistance+to+injury.">Atomic force microscopy reveals important differences in axonal resistance to injury.</a> Biophys. J. 103 (3), 405-414 (2012).</li><li>Polleux, F., Snider, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initiating+and+growing+an+axon.">Initiating and growing an axon.</a> CSH Persp. Biol. 2 (4), 001925 (2010).</li><li>Debanne, D., 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=Paired-recordings+from+synaptically+coupled+corticol+and+hippocampal+neurons+in+acute+and+cultured+brain+slices.">Paired-recordings from synaptically coupled corticol and hippocampal neurons in acute and cultured brain slices.</a> Nat. Protoc. 3, 1559-1568 (2008).</li><li>Qi, G., Radnikow, G., Feldmeyer, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+and+Morphological+Characterization+of+Neuronal+Microcircuits+in+Acute+Brain+Slices+Using+Paired+Patch-Clamp+Recordings.">Electrophysiological and Morphological Characterization of Neuronal Microcircuits in Acute Brain Slices Using Paired Patch-Clamp Recordings.</a> J. Vis. Exp. (95), e52358 (2015).</li><li>Harrison, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+origin+and+development+of+the+nervous+system+studied+by+the+methods+of+experimental+embryology.">On the origin and development of the nervous system studied by the methods of experimental embryology.</a> Proc. R. Soc. Lond. B. , 155-196 (1935).</li><li>Weiss, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nerve+patterns:+the+mechanics+of+nerve+growth.">Nerve patterns: the mechanics of nerve growth.</a> Growth 5 (Suppl. Third Growth Symposium). , 153-203 (1941).</li><li>Gray, C., 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=Rapid+neural+growth:+calcitonin+gene-related+peptide+and+substance+P-containing+nerves+attain+exceptional+growth+rates+in+regenerating+deer+antler.">Rapid neural growth: calcitonin gene-related peptide and substance P-containing nerves attain exceptional growth rates in regenerating deer antler.</a> Neurosci. 50 (4), 953-963 (1992).</li><li>Heidemann, S. R., Bray, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tension-driven+axon+assembly:+a+possible+mechanism.">Tension-driven axon assembly: a possible mechanism.</a> Front. Cell Neurosci. 9, (2015).</li><li>Bray, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+growth+in+response+to+experimentally+applied+tension.">Axonal growth in response to experimentally applied tension.</a> Dev. Biol. 102, 379-389 (1984).</li><li>Heidemann, S. R., Buxbaum, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+tension+as+a+regulator+of+axonal+development.">Mechanical tension as a regulator of axonal development.</a> Neurotoxicology. 15, 95-107 (1994).</li><li>Heidemann, S. R., Lamoureux, P., Buxbaum, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytomechanics+of+axonal+development.">Cytomechanics of axonal development.</a> Cell Biochem. Biophys. 27 (3), 135-155 (1995).</li><li>Pfister, B. J., Iwata, A., Meaney, D. F., Smith, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+stretch+growth+of+integrated+axons.">Extreme stretch growth of integrated axons.</a> J. Neurosci. 24 (36), 7978-7983 (2004).</li><li>Waxman, S. G., Kocsis, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The axon: structure, function and pathophysiology. , (1995).</li><li>Cho, E. Y., So, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rate+of+regrowth+of+damaged+retinal+ganglion+cell+axons+regenerating+in+a+peripheral+nerve+graft+in+adult+hamsters.">Rate of regrowth of damaged retinal ganglion cell axons regenerating in a peripheral nerve graft in adult hamsters.</a> Brain Res. 419, 369-374 (1987).</li><li>Davies, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+differences+in+the+growth+rate+of+early+nerve+fibres+related+to+target+distance.">Intrinsic differences in the growth rate of early nerve fibres related to target distance.</a> Nature. 337, 553-555 (1989).</li></ol>

Unter Verwendung von Standardmikromanipulation und innovativen mikrofluidischen Geräten wurde eine neue Technik entwickelt, um schnell neue funktionelle neuronale Schaltkreise über große Entfernungen zu initiieren, zu verlängern und präzise zu verbinden. Pipettenmikromanipulation ist ein allgemeines Werkzeug in den meisten Neurowissenschaften Labors 4 , 13 . Die eigentliche Herausforderung für die Erreichung reproduzierbarer und zuverlässiger Ergebnisse w...

Verletzungen des erwachsenen zentralen Nervensystems (ZNS) können zu einer dauerhaften Behinderung führen, die auf mehrere Mechanismen zurückzuführen ist, die das axonale Nachwachsen begrenzen. Nach der Verletzung bilden viele ZNS-Axone keinen neuen Wachstumskegel und scheitern eine effektive regenerative Antwort 2 . Darüber hinaus hemmen Schäden und Narbengewebe, die ZNS-Läsionen umgeben, das axonale Wachstum signifikant 1 , 2 , 3 . Aktuelle Therapien zur Förderung der ZNS-Regeneration nach Verletzung konzentrierten sich auf die Verbesserung der intrinsischen Wachstumspotential des verletzten Neurons und auf Maskierung der Inhibitoren der axonalen Erweiterung mit Myelin-Trümmer und die gliale Narbe 1 , 3 verbunden. Trotzdem bleibt die Fähigkeit, lange Axone zu entfernten Zielen zu regenerieren und geeignete funktionelle Synapsen zu bilden, nach wie vor stark eingeschränkt 4 , </suP&gt; 5 , 6 , 7 In der vorliegenden Arbeit werden Mikroperlen, Pipettenmikromanipulation und mikrofluidische Vorrichtungen verwendet, um schnell neue funktionelle neuronale Schaltkreise über lange Distanzen zu initiieren, zu verlängern und präzise zu verbinden. Bisherige Arbeiten haben gezeigt, dass Poly-D-Lysin-beschichtete Perlen (PDL-Perlen) die Membranadhäsion induzieren, gefolgt von der Clusterbildung von synaptischen Vesikelkomplexen und der Bildung von funktionellen präsynaptischen Boutons 8 . Es wurde auch gezeigt, dass, wenn die PDL-Perle nach der präsynaptischen Differenzierung mechanisch weggezogen wird, der synaptische Proteincluster dem Wulst folgt und einen neuen Neuriten initiiert. Das folgende Verfahren nutzt diese Tatsache zusammen mit der Fähigkeit, embryonale hippocampale Neuronen von Ratten in organisierte Regionen auf einem Deckglas unter Verwendung von Polydimethylsiloxan (PDMS) mikrofluidischen Vorrichtungen zu kultivieren, um eine Neuronale genau umzuwickelnSchaltung. Diese PDMS-Mikrofluidik-Geräte sind ungiftig, optisch transparent und bestehen aus zwei Kammern, die durch ein System von Mikrokanälen verbunden sind. Nach dem Zusammenbau auf einem Deckglas dient jede Vorrichtung als Form, um das neuronale Wachstum zu leiten und gesunde neuronale Kulturen auf präzisen Mustern für länger als 4 Wochen in vitro zu pflegen. Hier wird ein Rahmen vorgestellt, in dem die Grenzen der Erweiterung und Funktionalität des neuen Neuriten untersucht werden sollen. Neue, funktionale Neuriten werden erstellt und positioniert, um die neuronalen Netzwerke kontrollierbar zu erneuern. Die erreichten Verlängerungsraten sind schneller als 20 μm / min über Millimeter-Skalen und funktionale Verbindungen hergestellt. Diese Ergebnisse zeigen, unerwartet, dass die intrinsische Kapazität dieser Neuriten für die Dehnung viel schneller ist als bisher angenommen. Dieser vorgeschlagene mechanische Ansatz umgibt langsame chemische Strategien und ermöglicht eine kontrollierte Verbindung zu einem bestimmten Ziel. ThIst die Technik eröffnet neue Wege für die in-vitro- Studie von neuartigen Therapien, um neuronale Konnektivität nach Verletzung wiederherzustellen. Es ermöglicht auch die Manipulation und Umverdrahtung von neuronalen Netzwerken, um grundlegende Aspekte der neuronalen Signalverarbeitung und der neuronalen Funktion in vitro zu untersuchen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="836">
	<tbody>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">Co-culture devices</td>
			<td style="width:104px;">Ananda Devices</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:397px;">Commercially available at http://www.anandadevices.com</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">Neuro devices</td>
			<td style="width:104px;">Ananda Devices</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Commercially available at http://www.anandadevices.com</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">No. 1 Glass Coverslip 25 mm Round</td>
			<td style="width:104px;">Warner Instruments</td>
			<td style="width:119px;">64-0705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">35mm Glass Bottom Dishes #0, Uncoated, Gamma-Irradiated</td>
			<td style="width:104px;">MatTex Incorporation</td>
			<td style="width:119px;">P35G-0-20-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">35mm cell culture dish, Non-Pyrogenic, Sterile</td>
			<td style="width:104px;">Corning Inc</td>
			<td style="width:119px;">430165</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">95mmx15mm Petri Dish, Slippable Lid, Sterile Polystyrene</td>
			<td style="width:104px;">Fisherbrand</td>
			<td>FB0875714G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">50mL Centrifuge tubes with printed graduations and flat caps</td>
			<td style="width:104px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">89039-656</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">15mL Polypropylene Conical Tube, 17x120mm style, Non Pyrogenic, Sterile</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">Neurobasal Medium</td>
			<td style="width:104px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:119px;">21103-049</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="81">
			<td height="81" style="height:81px;width:216px;">B-27 Supplement (50X), serum free</td>
			<td style="width:104px;">B-27 Supplement (50X), serum free</td>
			<td style="width:119px;">17504044</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:216px;">Pennicilin, Streptomyocin, Glutamine</td>
			<td style="width:104px;">Thermo Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>11995-065</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">200uL Pipettors</td>
			<td style="width:104px;">VWR</td>
			<td>89079-458</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">2-20uL Pipettors</td>
			<td style="width:104px;">Aerosol Resistant Tips</td>
			<td style="width:119px;">2149P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BD Falcon 3mL Transfer Pipettes [Non-sterile]</td>
			<td>BD Falcon</td>
			<td>357524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glucose</td>
			<td style="width:104px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">15023-021</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HEPES</td>
			<td style="width:104px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">7365-45-9</td>
			<td>Extracellular solution/Beads</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaCl</td>
			<td style="width:104px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7647-14-5</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">KCl</td>
			<td style="width:104px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7447-40-7</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CaCl2</td>
			<td style="width:104px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">10043-52-4</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MgCl2</td>
			<td style="width:104px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7786-30-3</td>
			<td>Extracellular solution</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:216px;">#5 Dumont Dumostar Tweezers 11cm</td>
			<td style="width:104px;">World Precision Instruments</td>
			<td>500233</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dissection tools</td>
			<td>Braun, Aesculap</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly-D-lysine Hydrobromide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6407</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Micro particles based on polystyrene, 10 um</td>
			<td style="width:104px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">72986</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Borosilicate tubes</td>
			<td style="width:104px;">King Precision Glass, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">14696-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Horizontal Pipette Puller</td>
			<td style="width:104px;">Sutter Instruments</td>
			<td style="width:119px;">Brown-Flaming P-97</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Micromanipulators, PCS-5000 Series</td>
			<td style="width:104px;">SD Instruments</td>
			<td style="width:119px;">MC7600R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1 ml Syringe</td>
			<td style="width:104px;">BD Luer-Lok</td>
			<td>309628</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Inverted Microscope</td>
			<td style="width:104px;">Olympus&#160;</td>
			<td style="width:119px;">IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:216px;">Objective</td>
			<td style="width:104px;">Olympus</td>
			<td style="width:119px;">UIS2, LUCPLFLN 40X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CCD Camera</td>
			<td style="width:104px;">Photometrics</td>
			<td style="width:119px;">Cascade II: 512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Leibovitz&#39;s (1x) L-15 Medium</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>11415-064</td>
			<td>Rat Dissection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Typsin-EDTA (0.05%), Phenol red</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>25300054</td>
			<td>Rat Dissection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">DMEM (1x) Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium [+4.5 g/L D-Glucose, + L-Glutamine, + 110 mg/L Sodium Pyruvate]</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>11995-065</td>
			<td>Rat Dissection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HBSS (1x) Hank&#39;s Balanced Salt Solution [- Calcium Chloride, - Magnesium Chloride, - Magnesium Sulfate]</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>14170-112</td>
			<td>Rat Dissection</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

rewiring neuronal circuits: a new method for fast neurite extension and functional neuronal connection

Gehirn- und Rückenmarksverletzungen können zu dauerhafter Behinderung und Tod führen, weil es immer noch nicht möglich ist, Neuronen über lange Distanzen zu regenerieren und sie mit einem geeigneten Ziel genau wieder zu verbinden. Hier wird beschrieben, um schnell neue funktionelle neuronale Schaltkreise über lange Distanzen zu initiieren, zu verlängern und präzise zu verbinden. Die erreichten Verlängerungsraten reichen über 1,2 mm / h, 30-60 mal schneller als die In-vivo- Raten der am schnellsten wachsenden Axone aus dem peripheren Nervensystem (0,02 bis 0,04 mm / h) 28 und 10-mal schneller als bisher berichtet Neuronaler Typus in einem früheren Entwicklungsstadium 4 . Zuerst werden isolierte Populationen von Ratten-Hippocampus-Neuronen für 2-3 Wochen in mikrofluidischen Vorrichtungen gewachsen, um die Zellen präzise zu positionieren, was eine einfache Mikromanipulation und experimentelle Reproduzierbarkeit ermöglicht. Als nächstes werden Perlen, die mit Poly-D-lysin (PDL) beschichtet sind, auf Neuriten gelegt, um Klebstoff zu bildenHandlungen und Pipetten-Mikromanipulation wird verwendet, um den resultierenden Wulst-Neurit-Komplex zu bewegen. Als der Wulst bewegt wird, zieht er einen neuen Neuriten heraus, der über Hunderte Mikrometer erweitert werden kann und funktionell mit einer Zielzelle in weniger als 1 h verbunden ist. Dieser Prozess ermöglicht die experimentelle Reproduzierbarkeit und die Leichtigkeit der Manipulation, während sie langsamere chemische Strategien umgehen, um das Neuritenwachstum zu induzieren. Vorläufige Messungen zeigen hier eine neuronale Wachstumsrate, die weit über physiologische hinausgeht. Die Kombination dieser Innovationen ermöglicht die präzise Etablierung von neuronalen Netzwerken in Kultur mit einem noch nie dagewesenen Maß an Kontrolle. Es ist eine neuartige Methode, die die Tür zu einer Fülle von Informationen und Einsichten in die Signalübertragung und Kommunikation im neuronalen Netzwerk öffnet und auch ein Spielplatz ist, um die Grenzen des neuronalen Wachstums zu erforschen. Die potenziellen Anwendungen und Experimente sind weit verbreitet mit direkten Implikationen für Therapien, die darauf abzielen, neurona wieder anzuschließenL Kreisläufe nach Trauma oder bei neurodegenerativen Erkrankungen

Embryonale Ratten-Hippocampus-Neuronen werden in mikrofluidischen Vorrichtungen kultiviert, um eine präzise Positionierung von Zellen, PDL-Kügelchen und Mikromanipulatoren zu ermöglichen. Der erste Schritt besteht darin, die mikrofluidische Vorrichtung auf einem Glasdeckel oder einer Schale richtig zusammenzubauen. Es ist wesentlich, dass die mikrofluidische Vorrichtung gut an dem Substrat befestigt ist, um zu vermeiden, dass Zellen aus den Kammern austreten und sich unter den Teilen ...

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Rewiring Neuronal Circuits: A New Method for Fast Neurite Extension and Functional Neuronal Connection

Dieses Verfahren beschreibt, wie man schnell Neuriten initiiert, verlängert und verbindet, die in mikrofluidischen Kammern organisiert sind, wobei Poly-D-Lysin-beschichtete Perlen an Mikropipetten befestigt sind, die die Neuritendehnung begleiten.

Neuronale Schaltungen neu verdrahten: Eine neue Methode zur schnellen Neuritenverlängerung und funktionellen neuronalen Verbindung

Brain and spinal cord injury may lead to permanent disability and death because it is still not possible to regenerate neurons over long distances and ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

DiOLISTIC Labeling of Neurons from Rodent and Non-human Primate Brain Slices

DiOLISTIC Labeling von Neuronen aus Nager und nicht-menschlichen Primaten Hirnschnitten

DiOLISTIC staining uses the gene gun to introduce fluorescent dyes, such as DiI, into neurons of brain slices (Gan et al., 2009; O'Brien and Lummis, 2007; ...

Forschung

Neurowissenschaften

Mapping Inhibitory Neuronal Circuits by Laser Scanning Photostimulation

Mapping hemmende neuronale Schaltungen durch Laser Scanning Photostimulation

Inhibitory neurons are crucial to cortical function. They comprise about 20% of the entire cortical neuronal population and can be further subdivided into ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Schnelle Micro-Iontophorese von Glutamat und GABA: Ein nützliches Tool, um Synaptic Integration Untersuchen

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

A Procedure for Implanting Organized Arrays of Microwires for Single-unit Recordings in Awake, Behaving Animals

Ein Verfahren für die Implantation von Mikrodrähte Organisierte Arrays für Einzel-Einheit Recordings in Awake, Behaving Tiere

In vivo electrophysiological recordings in the awake, behaving animal provide a powerful method for understanding neural signaling at the single-cell ...

Inducing Plasticity of Astrocytic Receptors by Manipulation of Neuronal Firing Rates

Induktion von Plastizität Astrozytäre Rezeptoren durch Manipulation der neuronalen Feuerraten

Close to two decades of research has established that astrocytes in situ and in vivo express numerous G protein-coupled receptors (GPCRs) that can be ...

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Chronische Transkraniellen Elektrostimulation und Intracortical Aufnahme bei Ratten

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Combining Optogenetics with Artificial microRNAs to Characterize the Effects of Gene Knockdown on Presynaptic Function within Intact Neuronal Circuits

Kombination von Optogenetik mit künstlichen Mikro-RNAs, die Effekte gen Knockdown präsynaptischen Funktion innerhalb intakte neuronale Schaltkreise zu charakterisieren

The purpose of this protocol is to characterize the effect of gene knockdown on presynaptic function within intact neuronal circuits. We describe a ...

Optogenetic Entrainment of Hippocampal Theta Oscillations in Behaving Mice

Optogenetische Mitnahme von Hippocampal Theta Schwingungen im Verhalten der Mäuse

Extensive data on relationships of neural network oscillations to behavior and organization of neuronal discharge across brain regions call for new tools ...

A Method for 3D Reconstruction and Virtual Reality Analysis of Glial and Neuronal Cells

Eine Methode zur 3D-Rekonstruktion und Virtual Reality-Analyse von Glia- und Neuronalzellen

Serial sectioning and subsequent high-resolution imaging of biological tissue using electron microscopy (EM) allow for the segmentation and reconstruction ...

In Vitro Wedge Slice Preparation for Mimicking In Vivo Neuronal Circuit Connectivity

In Vitro Wedge Slice Vorbereitung für Diemimitieren In Vivo Neuronal Circuit Connectivity

In vitro slice electrophysiology techniques measure single-cell activity with precise electrical and temporal resolution. Brain slices must be relatively ...