Name: a microbiomechanical system for studying varicosity formation and recovery in central neuron axons
Uploaded: 2018-04-30T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Microbiomechanical System for Studying Varicosity Formation and Recovery in Central Neuron Axons at JoVE.com

כל הניסויים נערכו בהתאם נבחרת מוסדות של בריאות בעלי חיים שימוש לקווים המנחים. עבודה זו נתמך בחלקה על ידי מענקים של מכוני הבריאות הלאומיים (R01NS093073 ו- R21AA024873) ג. ג. א.

כל השיטות המתוארות להלן אושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC) של אוניברסיטת מדינת אוהיו.
1. Coverslip הכנה
<ol><li>במקום אחד או יותר קופסאות coverslips 12 מ"מ או 25 מ מ לתוך גביע זכוכית המכיל 70% חומצה חנקתית, דגירה על coverslips בטמפרטורת החדר למשך הלילה. הערה: אנחנו לא שוטפי...

<ol>
	<li>Niki&#263;, I., 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=A+reversible+form+of+axon+damage+in+experimental+autoimmune+encephalomyelitis+and+multiple+sclerosis.">A reversible form of axon damage in experimental autoimmune encephalomyelitis and multiple sclerosis.</a> Nat. Med. 17, 495-499 (2011).</li><li>Yang, 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=Regulation+of+axon+degeneration+after+injury+and+in+development+by+the+endogenous+calpain+inhibitor+calpastatin.">Regulation of axon degeneration after injury and in development by the endogenous calpain inhibitor calpastatin.</a> Neuron. 80 (5), 1175-1189 (2013).</li><li>Debanne, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Information+processing+in+the+axon.">Information processing in the axon.</a> Nat. Rev. Neurosci. 5, 304-316 (2004).</li><li>Gu, Y., Jukkola, P., Wang, Q., Esparza, T., Zhao, Y., Brody, D., Gu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarity+of+varicosity+initiation+in+central+neuron+mechanosensation.">Polarity of varicosity initiation in central neuron mechanosensation.</a> J Cell Biol. 216 (7), 2179-2199 (2017).</li><li>Chung, R. S., 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=Mild+axonal+stretch+injury+in+vitro+induces+a+progressive+series+of+neurofilament+alterations+ultimately+leading+to+delayed+axotomy.">Mild axonal stretch injury in vitro induces a progressive series of neurofilament alterations ultimately leading to delayed axotomy.</a> J. Neurotrauma. 22 (10), 1081-1091 (2005).</li><li>Staal, J. A., Dickson, T. C., Chung, R. S., Vickers, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclosporin-A+treatment+attenuates+delayed+cytoskeletal+alterations+and+secondary+axotomy+following+mild+axonal+stretch+injury.">Cyclosporin-A treatment attenuates delayed cytoskeletal alterations and secondary axotomy following mild axonal stretch injury.</a> Dev. Neurobiol. 67 (14), 1831-1842 (2007).</li><li>Tang-Schomer, M. D., Johnson, V. E., Baas, P. W., Stewart, W., 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=Partial+interruption+of+axonal+transport+due+to+microtubule+breakage+accounts+for+the+formation+of+periodic+varicosities+after+traumatic+axonal+injury.">Partial interruption of axonal transport due to microtubule breakage accounts for the formation of periodic varicosities after traumatic axonal injury.</a> Exp. Neurol. 233 (1), 364-372 (2012).</li><li>Donkin, J. J., Vink, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+cerebral+edema+in+traumatic+brain+injury:+therapeutic+developments.">Mechanisms of cerebral edema in traumatic brain injury: therapeutic developments.</a> Curr Opin Neurol. 23 (3), 293-299 (2010).</li><li>Gardner, A., Jukkola, P., Gu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myelination+of+rodent+hippocampal+neurons+in+culture.">Myelination of rodent hippocampal neurons in culture.</a> Nat Protoc. 7 (10), 1774-1782 (2012).</li><li>Wang, Q., Zhang, X., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromechanical+stimulator+for+localized+cell+loading:+fabrication+and+strain+analysis.">Micromechanical stimulator for localized cell loading: fabrication and strain analysis.</a> J. Micromech. Microeng. 23, 015002 (2013).</li><li>Lu, Y. B., 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=Viscoelastic+properties+of+individual+glial+cells+and+neurons+in+the+CNS.">Viscoelastic properties of individual glial cells and neurons in the CNS.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (47), 17759-17764 (2006).</li><li>Elkin, B. S., Azeloglu, E. U., Costa, K. D., Morrison, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+heterogeneity+of+the+rat+hippocampus+measured+by+atomic+force+microscope+indentation.">Mechanical heterogeneity of the rat hippocampus measured by atomic force microscope indentation.</a> J. Neurotrauma. 24 (5), 812-822 (2007).</li><li>Franze, K., 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=Neurite+branch+retraction+is+caused+by+a+threshold-dependent+mechanical+impact.">Neurite branch retraction is caused by a threshold-dependent mechanical impact.</a> Biophys. J. 97 (7), 1883-1890 (2009).</li><li>Camp&#224;s, O., 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=Quantifying+cell-generated+mechanical+forces+within+living+embryonic+tissues.">Quantifying cell-generated mechanical forces within living embryonic tissues.</a> Nat. Methods. 11 (2), 183-189 (2014).</li></ol>

הנוהל של assay microbiomechanical הזה הוא ישר קדימה. זה יפיק תוצאות אמינות, אם כל השלבים שלה מתבצעות בזהירות. ישנם מספר שלבים מרכזיים שישבשו, אם מבוצעת באופן לא תקין, איסוף נתונים מוצלחת. השלבים הקריטיים להתחיל במעלה הזרם של היישום בפועל של הגירוי והמתנשף. ניתוח זהיר culturing, טיפול של התרבות נוירון ראשי ה...

היווצרות דליות, או נפיחות/פלאיירים, לאורך אקסונים, הוא מאפיין בולט של הקשורים ניוון מוחיים נצפו הפרעות רבות או פציעה של מערכת העצבים המרכזית, כולל טרשת נפוצה, אלצהיימר, פרקינסון, וטראומטית פגיעה במוח1,2. למרות ההשפעות פיזיולוגיות משמעותיות של varicosities עצב על הפצת פוטנציאל הפעולה, הסינאפסית3, איך נוצרים את varicosities נותר עלום. לאחרונה, שימוש assay microbiomechanical החדש שהוקם על נוירונים בהיפוקמפוס בתרבית של מכרסמים, מצאנו כי גירוי מכני יכול לגרום varicosities של הנוירונים הללו עם מאוד מסקרן תכונות. ראשית, דליות אינדוקציה היא מהירה (< 10 s) תהליך זה הוא הפיך באופן בלתי צפוי. שנית, דליות חניכה תלוי בכח הנעוצה לחץ: הלחץ גבוה יותר, מהר יותר הקבלה. שלישית, דליות חניכה תלוי גיל עצביים. האקסונים של נוירונים הצעירים מופיעים קשובים יותר מכאניים, בהשוואה לאלו של נוירונים בוגרים. רביעית, הצורה varicosities לאורך האקסונים של נוירונים בהיפוקמפוס, בעוד דנדריטים של האקסון הראשונית מקטעים של נוירונים אלה מציגים ללא שינוי בתנאי והמתנשף אותו. לפיכך, המחקר שלנו גילה תכונה הרומן של קוטביות עצביים. ממצאים אלה עם מערכת במבחנה הרלוונטיים מבחינה פיזיולוגית. באמצעות מודל ויוו עבור פגיעה מוחית טראומטית קלה (mTBI), הראינו כי עצב varicosities התפתח בצורה רב נקודתית בקליפת המגע של העכברים מיד לאחר הפגיעה סגור-הגולגולת, עקבי עם שלנו במבחנה תוצאות4. חשוב לציין כי שלנו מוכתמים, הדמיה של העכברים mTBI מספקים רק זריקה הצמד של שינויים מורפולוגיים עצביים, מאז ביצוע ויוו הדמיה בצילום מואץ של מורפולוגיה העצבית במהלך השפעה מכני הוא עדיין לא ריאלי.
מערכת זו נשיפת-נוזל מותר לנו לא רק ללכידת תכונות ייחודיות המשויכים היווצרות דליות מפגינות מכני, אלא גם כדי לקבוע את מנגנון המשמש כבסיס. על ידי בדיקות שונות פתרונות חוץ-תאית, חוסמי ראשית של מועמדים שונים של תעלות יונים mechanosensitive, אלקטרופיזיולוגיה הסלולר, זיהינו כי הקטיון פוטנציאליים קולטן ארעי ערוץ תת V חבר 4 (TRPV4) ערוץ זה הוא חדיר2 + Ca, Na+ ומופעל על-ידי נשיפת אחראי בעיקר על גילוי ראשוני מכאניים במהלך היווצרות דליות עצב4. זה אושר עוד יותר בגישה נוקאאוט siRNA. . יחדיו, מערכת חדשה זו assay שפיתחנו עם התרבות נוירון בהיפוקמפוס, הוא חשוב מאוד ללמוד את המאפיינים micromechanical של הנוירונים מרכזי, במיוחד בשילוב עם טכניקות אחרות.
מערכת זו micromechanical הקמנו הוא ייחודי, שונה מערכות קיימות קודם לכן בכמה היבטים עיקריים. ראשית, מערכת זו, הנוירונים לחוות out-של-plane מכאניים בצורות של הטיה של דחיסה. במהלך ההשפעה מכני, תהליכים עצביים יישארו מצורפים השטח coverslip, אל תזוז. הדבר שונה מאופן אחרים ניסיוני מערכות מעורבים בעיקר כיפוף ומתיחות בתוך המטוס (או מתח), למשל, אפשרות סטיה של אקסונים ארוזות כמו העברת מחרוזות5,6 או מתיחה אקסונים גדל על micropatterned ערוצים וממברנות מתיחה7,8. יתר על כן, למרות varicosities עצב יכולה להיגרם גם על אלה מבחני כמו במערכת שלנו נשיפת-נוזל, תהליך הגדרות אלה לוקח הרבה יותר זמן (מ- 10 דקות עד מספר שעות6,7,8) ומופיע בלתי הפיך. בסופו של דבר, המערכת שלנו באמצעות נשיפת נוזלים מקומיים מאפשרת הבחינה של התכונות המרחבי של היווצרות דליות (למשל., דנדריטים, הדנדריטים, סומה, עצב מקטעי הראשונית, מסופי עצב), מלבד התכונות הזמנית שלו. באמצעות מערכת זו, גילינו מספר בלתי צפויים וייחודיים תכונות היווצרות דליות עצב, במיוחד התפרצות מהירה, איטית הפיכות ו האקסון-דנדריט קוטביות.
המערכת שנדון בו הנייר הזה הוא תואם עם טכניקות רבות של מולקולרית ותא ביולוגיה. למשל, כדי לחקור את ההשפעות של לחץ מכני על מורפולוגיה העצבית ותפקוד, זה יכול לשמש יחד עם מיאלין coculture, זמן לשגות הדמיה של העברת אנרגיה תהודה פלורסנט (סריג), קרינה פלואורסצנטית גמורה (TIRF), הדמיית סידן, תיקון קלאמפ הקלטה. בנייר זה, אנו מתמקדים מרכיבי הליבה של המערכת. נוירון בהיפוקמפוס תרבות, ההתקנה נשיפת-נוזל, ברזולוציה גבוהה בצילום מואץ דימות להעברה עצב ו סידן הדמיה מומחשים מפורטות להלן.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:765px;" width="765">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:341px;">12 mm coverslips&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Warner Instruments&#160;</td>
			<td style="width:119px;">64-0702</td>
			<td style="width:167px;">for 24-well plate&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">25 mm coverslips&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>12-545-102&#160;</td>
			<td>for 6-well plate&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Acetic acid</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>A38-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Poly-D-lysine</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>P6407</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Rat tail collagen&#160;</td>
			<td>Roche&#160;</td>
			<td>11 179 179 001&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">10X PBS&#160;</td>
			<td>National Diagnostics&#160;</td>
			<td>CL-253</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td align="left" height="40" style="height:40px;">Na2SO4</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>S373-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td align="left" height="40" style="height:40px;">K2SO4</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>P304-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">HEPES&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>BP410-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">D-glucose&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>D16-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td align="left" height="40" style="height:40px;">MgCl2</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>BP214-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">NaOH</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>SS255-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Protease enzyme&#160;</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>P4032</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">FBS</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>26140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Sodium pyruvate&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>11360-070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">L-glutamine&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>25030081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Penicillin/Streptomycin 100x (P/S)</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td style="width:119px;">15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">MEM Earle&#39;s Salts&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>11090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">B27 supplement&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>17504-044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Neurobasal&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>21103-049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Arabinosylcytosine (Ara-C)</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>147-94-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Opti-MEM media&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>31985-070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lipofectamine 2000</td>
			<td>Invitrogen&#160;</td>
			<td>1854313</td>
			<td>transfection reagent&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Borosilicate rods&#160;</td>
			<td>World Precision Instruments Inc.&#160;</td>
			<td>PG52151-4</td>
			<td>for puffing pipette&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">rubber tubing&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:119px;">14-169-1A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10cc plastic syringe and plunger</td>
			<td>Becton Dickinson&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">micromanipulator&#160;</td>
			<td>Sutter Instruments&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NaCl&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>S640-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">KCl&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>BP366-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;">CaCl2</td>
			<td>Fisher Scientific&#160;</td>
			<td>C70-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:341px;">Cell culture dish (35 mm x 10 mm)</td>
			<td style="width:139px;">Corning&#160;</td>
			<td style="width:119px;">3294</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Fluo-4 AM</td>
			<td style="width:139px;">Molecular Probes</td>
			<td style="width:119px;">F14201</td>
			<td style="width:167px;">for calcium imaging&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Mito-YFP construct&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Takara Bio Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">for cell transfection&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">YFP-N1 construct&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Takara Bio Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">for cell transfection&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Model P-1000 Flaming/Brown Micropipette puller&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Sutter Instruments&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Eclipse TE2000-U Mcroscope&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Plan Fluor ELWD 20x lens&#160;&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;">062933</td>
			<td style="width:167px;">objective&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:341px;">Apo TIRF 100x/1.49 oil lens&#160;</td>
			<td style="width:139px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;">MRD01991</td>
			<td style="width:167px;">objective&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a microbiomechanical system for studying varicosity formation and recovery in central neuron axons

Varicosities עצב הם המבנים מוגדלות לאורך המוטות של אקסונים עם רמה גבוהה של הטרוגניות. הם נמצאים לא רק את המוח עם מחלות ניווניות או פציעות, אלא גם במוח רגיל. כאן נתאר מערכת micromechanical החדש שהוקם לזירוז במהירות, באופן אמין ו הפיכה varicosities עצב, ומאפשר לנו להבין את המנגנונים השולטים היווצרות דליות והרכב החלבון הטרוגנית. מערכת זו מייצגת אמצעים חדשניים כדי להעריך את ההשפעות של הלחץ הטיה של דחיסה על תאים subcellular שונים של נוירונים, שונה ממערכות אחרות במבחנה המתמקדים בעיקר ההשפעה של מתיחות. חשוב, בשל התכונות הייחודי של המערכת שלנו, לאחרונה גילינו דבר הרומן מציג כי היישום של נוזל בלחץ יכול במהירות, הפיכה לגרום varicosities עצב דרך ההפעלה של ערוץ פוטנציאלי קולטן ארעי. מערכת biomechanical שלנו יכול להיות מנוצל בנוחות בשילוב עם התרופה זלוף, הדמיה תא חי, סידן ההדמיה וה תיקון קלאמפ הקלטה. לכן, בשיטה זו יכול להיות מאומץ ללמוד mechanosensitive יון ערוצי תחבורה עצב רגולציה, שלד התא עצב dynamics, סידן איתות, פגיעה מוחית הקשורים טראומטי שינויים מורפולוגיים.

לפני שש־בש, אקסונים בד כ מראה קטנה היווצרות דליות. נשיפת הבאים עם שלנו רגיל לחץ (גובה2O mmH 190), ההתחלה אקסונים לפתח רבים varicosities, כמו חרוז. היווצרות של varicosities הוא הפיך באופן חלקי, כפי שמוצג על ידי מחוזות הדנדריטי לאקסון חוזרים למצבם טרום פצפוצי בעקבות תקופת התאוששות 10 דק?...

Watch this Scientific Journal Video about A Microbiomechanical System for Studying Varicosity Formation and Recovery in Central Neuron Axons at JoVE.com

A Microbiomechanical System for Studying Varicosity Formation and Recovery in Central Neuron Axons

פרוטוקול זה מתאר רלוונטי מבחינה פיזיולוגית בלחץ נוזלים גישה עבור אינדוקציה מהיר ולא הפיכה של varicosities בנוירונים.

מערכת Microbiomechanical ללמוד היווצרות דליות, השחזור של אקסונים נוירון המרכזית

Axonal varicosities are enlarged structures along the shafts of axons with a high degree of heterogeneity. They are present not only in brains with ...

The overall goal of this pressurized fluid setup is to produce repeatable and consistent swellings along the axons of cultured neurons. This method can help answer key questions in the brain injury field such as the mechanisms behind subcellular morphological changes in neurons following injury. The main advantage of this technique is that the method produces consistent and repeatable morphological changes that recover over time.This is very important technique we developed in the lab. This is because we can not only use the system to identify molecular mechanism governing mechanical-stress-induced axon morphology change as a new form of neuronal plasticity, but also use the system as a screening tool to identify new drugs and the treatment strategy for mild or traumatic brain injury. To begin this procedure, place one or more boxes of 12-millimeter or 25-millimeter coverslips into a glass beaker containing 70%nitric acid, and incubate the coverslips at room temperature overnight.The next day, transfer all coverslips into a four-liter beaker filled with 2.5 liters of double-distilled water. Shake the beaker containing the coverslips for one hour at 100 RPM, and don't forget to use rubber bands to hold the beaker during shaking. Subsequently, transfer the cleaned coverslips to a dry flask with the metal cover.Bake the coverslips in an oven at 225 degrees Celsius for six hours. Then, allow them to cool to room temperature and store them in a sterilized plastic container until usage. Now, place one coverslip into each well of a 24-well plate.Add 30 microliters of coverslip coating solution onto a 12-millimeter coverslip and swirl. Afterward, add one milliliter of sterile PBS to each well. The plate can be either used immediately or stored at four degrees Celsius in sterile PBS for up to one week.On the day of dissection, remove PBS from the plate. Air dry and place the plate under UV light for two to four hours. To dissociate the hippocampal neurons for culture, thaw the protease enzyme solution and pre-warm the plating medium at 37 degrees Celsius.Next, rinse the dissected hippocampus with SLDS. Then, remove it and add two milliliters of protease enzyme solution and incubate the sample at 37 degrees Celsius for 15 minutes. Afterward, wash the hippocampus explants with five to 10 milliliters of plating medium twice and add five milliliters of plating medium.Dissociate the hippocampal explants into single cells by generating a small vortex using a pipette with a one-milliliter plastic tip. Pipette up and down about 40 times avoiding the formation of oxygen bubbles until the solution becomes cloudy and no large pieces of explant remain. Next, centrifuge the cells at 1, 125 times gravity for three minutes.Remove the supernatant with the cells submerged in medium and re-suspend the cells in 145 milliliters of plating medium. Then, add one milliliter of the cell suspension per well to a 24-well plate. Incubate the cells in the plating medium at 37 degrees Celsius for two to four hours.Afterward, remove the plating medium and replace it with fresh maintenance medium. After two days, replace half of the medium with two micromolar RSC dissolved in maintenance medium to inhibit growth of fibroblast, endothelial and glial cells. Then, after exposing the cells to RSC for two days, replace the medium with fresh maintenance medium.To transfect for the visualization of cell morphology, dilute the construct from stock at one microgram per microliter in Opti-MEM medium and vortex. Then, dilute liposome-mediated transfection reagent in Opti-MEM media and vortex. Subsequently, prepare one construction dilution and one transfection dilution for each well.Next, prepare a one-to-one mixture of the construct and Opti-MEM medium and transfection reagent and Opti-MEM medium and vortex. Incubate the mixture at room temperature for 20 minutes. After 20 minutes, remove half of the medium from each well and transfer this medium into a clean conical tube.Keep the tube in the incubator, then add 100 microliters of the mixture prepared in the previous step to the remaining medium in the well. Allow the cells to incubate at 37 degrees Celsius for 20 to 30 minutes. During incubation, add one volume of fresh maintenance medium to the medium in the conical tube and place the mixture in the same incubator.Following incubation, remove the mediums containing the transfection solution from the wells and replace it with the one-to-one mixture of old and fresh maintenance medium in the conical tube. In this procedure, insert the pipette into the screw top of the micromanipulator to hold it into place. Screw the metal flat-top screw attached to the micromanipulator arm so that it holds the unpulled end of the pipette just above where the rubber tubing is attached.Angle the pipette at a 45 degree angle with the surface of the neuron containing coverslips. Turn on the florescence filter. Open the aperture, and ensure a fluorescent spot can be seen coming through the objective.Using the micromanipulator, move the pipette into a position that lines up the tip with the fluorescent spot and lower the pipette into a position just above the height of the cell culture dish. Once it is in position, turn on the transmitted light and turn off the florescence. Using tweezers, transfer one coverslip with the cells facing toward the pipette from the cell culture plate to the cell culture dish containing 2 milliliters of Hank's buffer at room temperature.Using the fine focus knob and 20 fold objective, focus on a plane about four full turns above the cells. Subsequently, use the micromanipulator to position the pipette tip so that it is focused and in the center left-hand side of the plane as seen through the eyepieces. Once the pipette is in position, focus the microscope on a plane that contains the region of interest.In the imaging of seven div, GFP transfected mouse hippocampal neurons showed an axon pre and post puffing, as well as a following 10 minute recovery period. Here is the Kymograph of time-lapse imaging of the same neuron. Red arrows indicate the varicosities that have formed to following 150 seconds of 190 milliliter H2O puffing, beginning at 30 seconds.Once mastered, this technique can be done in three hours if it is performed properly. Following this procedure, other methods like whole cell recording, time-lapse FRET and TIRF imaging, and calcium imaging can be performed in order to answer additional questions like the impacts of mechanical stress on neural and electrical and calcium signaling, protein trafficking and interactions. After its development, this technique paved the way for researchers in the photo traumatic brain injury to explain molecular mechanisms underlying axonal varicosity formation in living neurons.After watching this video, you should have a good understanding of how to perform the experiments to study mechanosensations of central neurons.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Systemic and Local Drug Delivery for Treating Diseases of the Central Nervous System in Rodent Models

תרופות משלוח מערכתית מקומי לטיפול במחלות של מערכת העצבים המרכזית מודלים מכרסמים

Thorough preclinical testing of central nervous system (CNS) therapeutics includes a consideration of routes of administration and agent biodistribution ...

Optic Nerve Transection: A Model of Adult Neuron Apoptosis in the Central Nervous System

עצב הראייה חיתוך רוחב: מודל של אפופטוזיס Neuron למבוגרים במערכת העצבים המרכזית

Retinal ganglion cells (RGCs) are CNS neurons that output visual information from the retina to the brain, via the optic nerve. 
The optic nerve can be ...

Morphological Analysis of Drosophila Larval Peripheral Sensory Neuron Dendrites and Axons Using Genetic Mosaics

Morphological Analysis of Drosophila Larval Peripheral Sensory Neuron Dendrites and Axons Using Genetic Mosaics

ניתוח מורפולוגי של תסיסנית הזחל היקפיים Neuron דנדריטים חושי האקסונים באמצעות פסיפסים גנטי

Nervous system development requires the correct specification of neuron position and identity, followed by accurate neuron class-specific dendritic ...

In ovo Electroporation in Chick Midbrain for Studying Gene Function in Dopaminergic Neuron Development

In ovo Electroporation in Chick Midbrain for Studying Gene Function in Dopaminergic Neuron Development

ב electroporation לג&#39;ימי של המוח התיכון צ&#39;יק לחקר תפקוד הגן בהתפתחות Neuron דופאמין

Dopaminergic neurons located in the ventral midbrain control movement, emotional behavior, and reward mechanisms1-3. The dysfunction of ventral midbrain ...

Production of Lentiviral Vectors for Transducing Cells from the Central Nervous System

הפקה של וקטורים lentiviral עבור תאים Transducing ממערכת העצבים המרכזית

Efficient gene delivery in the central nervous system (CNS) is important in studying gene functions, modeling neurological diseases and developing ...

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

, מערכת אוזניות קלה משקל מבוססת על מניפולצית משוב שמיעתי בציפורי שיר

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

Direct Intraventricular Delivery of Drugs to the Rodent Central Nervous System

משלוח תוך חדרי ישיר של תרופות למערכת העצבים המרכזית מכרסם

Due to an inability to cross the blood brain barrier, certain drugs need to be directly delivered into the central nervous system (CNS). Our lab focuses ...

Immunohistochemical Analysis in the Rat Central Nervous System and Peripheral Lymph Node Tissue Sections

Immunohistochemical ניתוח של מערכת העצבים המרכזית עכברוש לימפה הפריפריה צומת סעיפים רקמות

Immunohistochemistry (IHC) provides highly specific, reliable and attractive protein visualization. Correct performance and interpretation of an IHC-based ...

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Laser Nanosurgery of Cerebellar Axons In Vivo

Nanosurgery הלייזר של האקסונים Cerebellar<em&gt; בVivo</em

Only a few neuronal populations in the central nervous system (CNS) of adult mammals show local regrowth upon dissection of their axon. In order to ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

בoptogenetic גירוי vivo של מערכת העצבים המרכזית מכרסם

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...