Name: preparation of rat sciatic nerve for ex vivo neurophysiology
Uploaded: 2022-07-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Rat Sciatic Nerve for Ex Vivo Neurophysiology at JoVE.com

Die Autoren danken Dr. Gerald Hunsberger von GlaxoSmithKline Pharmaceuticals, King of Prussia, PA, USA, und Galvani Bioelectronics (Stevenage, UK) dafür, dass sie ihre ursprüngliche Nervenvorbereitungstechnik mit uns geteilt haben. Die Autoren danken Robert Toth für das Zweikammer-Nervenbaddesign. Die Autoren würdigen die Finanzierung durch die Healthcare Technologies Challenge Awards (HTCA) des Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Die Autoren würdigen das High Performance Embedded and Distributed Systems Centre for Doctoral Training (HiPEDS CDT) des Imperial College London für die Förderung von Adrien Rapeaux (EP/L016796/1). Adrien Rapeaux wird derzeit vom UK Dementia Research Institute, Care Research and Technology Centre, finanziert. Die Autoren danken Zack Bailey vom Imperial College im Department of Bioengineering für die Hilfe bei Experimenten und den Zugang zu tierischem Gewebe während der Produktion des JoVE-Videoartikels.

Alle Tierpflege und -verfahren wurden unter entsprechenden Lizenzen durchgeführt, die vom britischen Innenministerium gemäß dem Animals (Scientific Procedures) Act (1986) ausgestellt und vom Animal Welfare and Ethical Review Board des Imperial College London genehmigt wurden.
1. Vorbereitung von Puffern
HINWEIS: Dieser Teil des Protokolls kann weit vor dem Rest des Protokolls durchgeführt werden, mit Ausnahme der letzten Schritte, die die Herstell...

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	<li>McIntyre, C. C., Richardson, A. G., Grill, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+excitability+of+mammalian+nerve+fibers:+Influence+of+afterpotentials+on+the+recovery+cycle.">Modeling the excitability of mammalian nerve fibers: Influence of afterpotentials on the recovery cycle.</a> Journal of Neurophysiology. 87 (2), 995-1006 (2002).</li><li>Pelot, N. A., Grill, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+quantification+of+excitation+and+kilohertz+frequency+block+of+the+rat+vagus+nerve.">In vivo quantification of excitation and kilohertz frequency block of the rat vagus nerve.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (2), 026005 (2020).</li><li>Patel, Y. A., Kim, B. S., Rountree, W. S., Butera, R. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myocardial+protection+against+global+ischemia+with+Krebs-Henseleit+buffer-based+cardioplegic+solution.">Myocardial protection against global ischemia with Krebs-Henseleit buffer-based cardioplegic solution.</a> Journal of Cardiothoracic Surgery. 8, 60 (2013).</li><li>Bailey, L. E., Ong, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Krebs-Henseleit+solution+as+a+physiological+buffer+in+perfused+and+superfused+preparations.">Krebs-Henseleit solution as a physiological buffer in perfused and superfused preparations.</a> Journal of Pharmacological Methods. 1 (2), 171-175 (1978).</li><li>Miller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sydney+Ringer:+physiological+saline,+calcium+and+the+contraction+of+the+heart.">Sydney Ringer: physiological saline, calcium and the contraction of the heart.</a> The Journal of Physiology. 555, 585-587 (2004).</li><li>Yamamoto, D., Suzuki, N., Miledi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blockage+of+chloride+channels+by+HEPES+buffer).">Blockage of chloride channels by HEPES buffer).</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences. 230 (1258), 93-100 (1987).</li><li>Janz, G. J., Taniguchi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+silver-silver+halide+electrodes.+Preparation,+stability,+and+standard+potentials+in+aqueous+and+non-aqueous+media.">The silver-silver halide electrodes. Preparation, stability, and standard potentials in aqueous and non-aqueous media.</a> Chemical Reviews. 53 (3), 397-437 (1953).</li><li>Rapeaux, A., Constandinou, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+HFAC+block-capable+and+module-extendable+4-channel+stimulator+for+acute+neurophysiology.">An HFAC block-capable and module-extendable 4-channel stimulator for acute neurophysiology.</a> Journal of Neural Engineering. 17 (4), 046013 (2020).</li><li>Next-Generation-Neural-Interfaces/HFAC_Stimulator_4ch. Next Generation Neural Interfaces Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/Next-Generation-Neural-Interfaces/HFAC_Stimulator_4ch&gt">https://github.com/Next-Generation-Neural-Interfaces/HFAC_Stimulator_4ch&gt</a> (2021)</li><li>Cuttaz, E. A., Chapman, C. A. R., Syed, O., Goding, J. A., Stretchable Green, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fully+polymeric+electrode+arrays+for+peripheral+nerve+stimulation.">fully polymeric electrode arrays for peripheral nerve stimulation.</a> Advanced Science. 8 (8), 2004033 (2021).</li><li>Lossi, L., Merighi, 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+use+of+ex+vivo+rodent+platforms+in+neuroscience+translational+research+with+attention+to+the+3Rs+philosophy.">The use of ex vivo rodent platforms in neuroscience translational research with attention to the 3Rs philosophy.</a> Frontiers in Veterinary Science. 5, 164 (2018).</li></ol>

In dieser Arbeit beschrieben wir ein Protokoll zur Vorbereitung von Rattenischiasnerven für die Ex-vivo-Neurophysiologie. Die Gewebeextraktion dauert ungefähr 30 Minuten, einschließlich Tierhandhabung, Anästhesie, Keulung und Dissektion, während die Nervenreinigung, die Platzierung im Bad und die Elektrodenimplantation zusätzliche 30 Minuten dauern sollten, bevor mit der Aufzeichnung begonnen werden kann. Die Puffervorbereitung kann in 30 min durchgeführt werden, obwohl dies vor dem Rest des Experiments e...

Das derzeitige Verständnis der grundlegenden Nervenfunktion, wie sie in silico modelliert wird, fehlt in mehreren Aspekten, insbesondere in Bezug auf die Auswirkungen der Kompartimentierung von Nervengewebe außerhalb des Somas, Axons und der Dendriten. Axon-Myelin-Wechselwirkungen sind immer noch wenig verstanden, wie die Tatsache zeigt, dass selbst detaillierte Computernervenmodelle wie MRG1 (für Säugetiernerven), die die konventionelle elektrische Stimulationsreaktion angemessen erfassen, andere experimentell beobachtete Verhaltensweisen wie Hochfrequenz-Blockübertragung2 oder sekundäre Beginnantwort3 nicht erfassen.
Dieses Protokoll bietet eine Methode, um neurophysiologische Prozesse auf Nervenebene in einem akuten Kleinlabortiermodell effizient zu untersuchen, wobei ein standardisiertes Vorbereitungsprotokoll verwendet wird, um den Nerv zu isolieren, seine Umgebung zu kontrollieren und ihn aus einem In-vivo-Kontext in einen Ex-vivo-Kontext zu entfernen. Dies verhindert andere Körperprozesse oder Anästhetika, die von In-vivo-Nervenstimulationsprotokollen verwendet werden, um das Nervenverhalten zu verändern und die Messergebnisse oder deren Interpretation zu verfälschen 4,5. Dies ermöglicht die Entwicklung realistischerer Modelle, die sich ausschließlich auf Effekte konzentrieren, die für Nervengewebe spezifisch sind und kaum verstanden werden. Dieses Protokoll ist auch als Testumgebung für neue Nervenstimulation und Aufzeichnung von Elektrodenmaterialien und -geometrien sowie für neue Stimulationsparadigmen wie Hochfrequenzblock 2,3 nützlich. Variationen dieser Technik wurden zuvor verwendet, um die Nervenphysiologie unter streng kontrollierten Bedingungen zu untersuchen6, zum Beispiel um die Dynamik und Eigenschaften von Ionenkanälen oder die Auswirkungen von Lokalanästhetika zu messen7.
Diese Technik bietet mehrere Vorteile im Vergleich zu Alternativen wie akuten In-vivo-Kleintierversuchen 8. Die Technik macht es überflüssig, die Anästhesietiefe aufrechtzuerhalten, da das Gewebe aus dem Körper extrahiert wurde, wodurch die erforderliche Ausrüstung wie ein Anästhesiediffusor, ein Sauerstoffkonzentrator und ein Heizkissen reduziert werden. Dies vereinfacht das experimentelle Protokoll und reduziert das Risiko von Fehlern. Da Anästhetika möglicherweise die Nervenfunktion4 verändern können, stellt diese Technik sicher, dass die Maßnahmen nicht durch Nebenwirkungen dieser Anästhesieverbindungen beeinträchtigt werden. Schließlich ist diese Technik besser geeignet als akute In-vivo-Experimente , wenn die Auswirkungen neurotoxischer Verbindungen wie Tetrodotoxin untersucht werden, die ein betäubtes Tier durch Lähmung töten würden.
Periphere Nervenabschnitte sind ein einzigartiges Ex-vivo-System , da eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Fasern, die für aufgezeichnete neuronale Signale verantwortlich sind, kein Soma enthalten. Da sich diese normalerweise für Motoneuronen in der Wirbelsäule und für sensorische Neuronen in den dorsalen Wurzelganglien neben der Wirbelsäule befinden würden, kann die Vorbereitung eines Abschnitts des Säugetiernervs grob als eine Ansammlung von röhrenförmigen Membranen mit Ionenkanälen modelliert werden, die an beiden Enden offen sind9. Der Stoffwechsel wird durch die Mitochondrien aufrechterhalten, die sich zum Zeitpunkt der Gewebedissektion10 im Axon befinden. Das Nähen der offenen Enden des Axolemmas wird nach der Extraktion angeregt, um sie zu schließen und dadurch dazu beizutragen, bestehende ionische Gradienten über die Membran aufrechtzuerhalten, die für eine normale Nervenfunktion unerlässlich sind.
Um die Gewebehomöostase außerhalb des Körpers aufrechtzuerhalten, müssen mehrere Umweltvariablen streng kontrolliert werden. Dies sind Temperatur 11, Sauerstoffversorgung12, Osmolarität, pH13,14 und Zugang zu Glukose, um den Stoffwechsel aufrechtzuerhalten. Für dieses Protokoll besteht der Ansatz darin, einen modifizierten Krebs-Henseleit-Puffer15,16 (mKHB) zu verwenden, der kontinuierlich mit einer Mischung aus Sauerstoff und Kohlendioxid belüftet wird. Das mKHB gehört zur Familie der kardioplegikaischen Puffer 6,17, die zur Konservierung von seziertem Gewebe außerhalb des Körpers verwendet werden, beispielsweise in Ex-vivo-Experimenten. Diese Puffer enthalten kein Hämoglobin, keine Antibiotika oder Antimykotika und eignen sich daher nur für Präparate, bei denen kleine Gewebemengen für eine begrenzte Zeit verwendet werden. Die pH-Kontrolle wurde mit dem Karbonat- und Kohlendioxid-Redoxpaar erreicht, was eine ständige Belüftung des Puffers mit Kohlendioxid erfordert, um das pH-Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Dies dient dazu, die Verwendung anderer gängiger Puffermittel wie HEPES zu vermeiden, die die Nervenzellfunktion18 modifizieren können. Um den Puffer mit Sauerstoff zu versorgen und den pH-Wert zu kontrollieren, wurde eine Mischung aus 5% Kohlendioxid in Sauerstoff namens Carbogen (95%O2, 5% CO2) verwendet. Ein Heizrührer wurde zur Temperaturregelung eines Pufferbehälters verwendet, und der Puffer wurde durch ein Nervenbad perfundiert und dann in den Startbehälter zurückgeführt. Ein typisches Experiment würde 6-8 Stunden dauern, bevor der Nerv seine Lebensfähigkeit verliert und nicht mehr ausreichend auf die Stimulation anspricht, um Maßnahmen zu ergreifen, die für gesundes Gewebe repräsentativ sind.
Zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses wurden für die Aufzeichnung Silberchlorid-Elektroden verwendet, die nach zuvor beschriebenen Verfahren19 hergestellt wurden. Zur Stimulation kann eine Kombination aus handelsüblichen Platin-Manschettenelektroden und maßgeschneiderten leitfähigen Polymer-Manschettenelektroden verwendet werden. Leitfähige Polymermanschettenelektroden haben deutlich höhere Ladungskapazitäten, die bei der Stimulation des Nervs mit Wellenformen mit hoher Amplitudenützlich sind 20.
Der in diesem Protokoll verwendete Stimulator wurde zuvorbeschrieben 20. Dokumentation, Entwurfsdateien und Softwareskripte für die Verwendung sind öffentlich verfügbar21. Andere Stimulatoren können verwendet werden, um dieses Protokoll auszuführen; Der kundenspezifische Stimulator ist jedoch auch in der Lage, den HFAC-Block 2,20 (High Frequency Alternative Current) zu bilden, was ein breiteres Spektrum an neurophysiologischen Experimenten ermöglicht. Um HFAC-Block zu verwenden, werden leitfähige Elastomermanschetten empfohlen, um eine Schädigung des Nervs zu vermeiden. Leitfähige Elastomer-Nervenmanschetten sind weiche und vollständig polymere Elektrodenarrays, die aus leitfähigen Elastomeren als leitfähige Komponente und Polydimethylsiloxan als Isolierung22 hergestellt werden. Die Geräte wurden in einer bipolaren Konfiguration unter Verwendung herkömmlicher Laser-Mikrofabrikationstechniken hergestellt.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>1 L Glass bottle</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>215-1595</td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 L Glass graduated flask</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>612-3626</td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 L Glass bottle</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>215-1596</td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 L Glass graduated flask</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>BRND937254</td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adaptor, pneumatic, 8 mm to 1/4 NPT</td>
			<td>RS UK</td>
			<td>536-2599</td>
			<td>push-to-fit straight adaptor between oxygen hose and gas dispersion tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkoxy conformal coating</td>
			<td>Farnell</td>
			<td>1971829</td>
			<td>ACC15 Alkoxy conformal coating for dissection petri dish preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anesthetic</td>
			<td>Chanelle</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Isoflurane inhalation anesthetic, 250 mL bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaker, 2 L</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>213-0469</td>
			<td>Borosilicate glass</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar nerve cuff</td>
			<td>Cortec GMBH</td>
			<td>N/A</td>
			<td>800 micron inner diameter, perpendicular lead out, no connector termination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bossheads</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard wet laboratory bossheads for attaching grippers to rods</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride dihydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C7902-500g</td>
			<td>500 g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbogen canister</td>
			<td>BOC</td>
			<td>N/A</td>
			<td>F-size canister</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge Tubes, 15 mL volume</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>734-0451</td>
			<td>Falcon tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conductive elastomer nerve cuff</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>high charge capacity nerve cuff for stimulation, see protocol for fabrication reference</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connector, Termimate</td>
			<td>Mouser UK</td>
			<td>538-505073-1100-LP</td>
			<td>These should be soldered to wire terminated with crocodile clips (see entry 11)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crocodile clip connectors</td>
			<td>RS UK</td>
			<td>212-1203</td>
			<td>These should be soldered to wire terminated with TermiMate connectors (see entry 10)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized Water</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Obtained from deionized water dispenser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps angled 45 degrees</td>
			<td>InterFocus Ltd</td>
			<td>91110-10</td>
			<td>Fine forceps, student range</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps standard Dumont #7</td>
			<td>InterFocus Ltd</td>
			<td>91197-00</td>
			<td>Student range forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Disperson Tube, Porosity 3</td>
			<td>Merck</td>
			<td>12547866</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose anhydrous, powder</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>101174Y</td>
			<td>500 g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grippers</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard wet laboratory rod-mounted grippers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Stirrer</td>
			<td>RS UK</td>
			<td>768-9672</td>
			<td>Stuart US152</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostats</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any hemostat &#62;12 cm in length is suitable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insect Pins, stainless steel, size 2</td>
			<td>InterFocus Ltd</td>
			<td>26001-45</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop computer</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any laboratory-safe portable computer with at least 2 unused USB ports is suitable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Line Noise Filter</td>
			<td>Digitimer</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Humbug noise eliminator (50 Hz line noise filter)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-Noise Preamplifier, SR560</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td>SR560</td>
			<td>Low-noise voltage preamplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Sulphate salt</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>291184P</td>
			<td>500g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB scripts</td>
			<td>Github</td>
			<td>https://github.com/Next-Generation-Neural-Interfaces/HFAC_Stimulator_4ch</td>
			<td>Initialization, calibration and stimulation scripts for the custom stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB software</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard package</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Light, PL-2000</td>
			<td>Photonic</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Light source with swan necks. Product may be obtained from third party supplier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope, SMZ 745</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SM745</td>
			<td>Stereoscopic Microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mineral oil, non-toxic</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>31911.A1</td>
			<td>Oil for nerve bath</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nerve Bath</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Plexiglas machined nerve bath, see protocol for details.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>LeCroy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>434 Wavesurfer. Product may be obtained from 3rd party suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Hose, 1 meter</td>
			<td>BOC</td>
			<td>N/A</td>
			<td>1/4&#34; NPT terminations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Regulator</td>
			<td>BOC</td>
			<td>C106X/2B:3.5BAR-BS3-1/4&#34;NPTF 230Bar</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristaltic Pump P-1</td>
			<td>Pharmacia Biotech</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Product may be obtained from third party supplier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri Dish, Glass</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>391-0580&#160;</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride salt</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5405-250g</td>
			<td>250 g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Dihydrogen Sulphate salt</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.04873.0250</td>
			<td>250 g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat</td>
			<td>Charles River Laboratories</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sprague Dawley, 250-330 grams, female</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reference electrode, ET072</td>
			<td>eDaQ (Australia)</td>
			<td>ET072-1</td>
			<td>Silver silver-chloride reference electrode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rod</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard wet laboratory rods with fittings for stands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scale</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>N/A</td>
			<td>M-Power scale, for weighing powders. Product may be obtained from third-party suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors straight 12 cm edge</td>
			<td>InterFocus Ltd</td>
			<td>91400-12</td>
			<td>blunt-blunt termination, student range</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal Acquisition Device</td>
			<td>Cambridge Electronic Design</td>
			<td>Micro3-1401</td>
			<td>Micro3-1401 Multichannel ADC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone grease, non-toxic</td>
			<td>Farnell</td>
			<td>3821559</td>
			<td>for sealing of bath partition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone tubing, 2 mm inner diameter</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone tubing, 5 mm inner diameter</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>41390</td>
			<td>0.5 mm, annealed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Bicarbonate salt</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5761-500g</td>
			<td>500 g in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride salt</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>27810.295</td>
			<td>1 kg in plastic bottle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spring scissors angled 2 mm edge</td>
			<td>InterFocus Ltd</td>
			<td>15010-09</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stand</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard wet laboratory stands with sockets for rods</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimulator</td>
			<td>Digitimer</td>
			<td>DS3</td>
			<td>DS3 or Custom Stimulator (see references)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stirring flea</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>442-0270</td>
			<td>For use with the heating stirrer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe tip, blunt, 1 mm diameter</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe tip, blunt, 2 mm diameter</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe, plastic, 10 mL volume</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>syringe should have luer lock fitting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tape, water-resistant</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>For securing tubing and wiring to workbench</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermometer</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>620-0806</td>
			<td>glass thermometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB Power Bank</td>
			<td>RS UK</td>
			<td>135-1000</td>
			<td>Custom Stimulator power supply, fully charge before experiment. Not needed if using DS3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valve, Leuer Lock, 3-Way</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>229-7440</td>
			<td>For attaching syringe to bath feed tube and priming siphon</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of rat sciatic nerve for ex vivo neurophysiology

Ex-vivo-Präparate ermöglichen es, viele neurophysiologische Prozesse isoliert vom Rest des Körpers zu untersuchen und gleichzeitig die lokale Gewebestruktur zu erhalten. Diese Arbeit beschreibt die Vorbereitung von Rattenischiasnerven für die Ex-vivo-Neurophysiologie , einschließlich Puffervorbereitung, Tierverfahren, Geräteaufbau und neurophysiologische Aufzeichnung. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die verschiedenen Arten von Experimenten, die mit dieser Methode möglich sind. Die skizzierte Methode zielt darauf ab, 6 h Stimulation und Aufzeichnung auf extrahiertem peripherem Nervengewebe unter streng kontrollierten Bedingungen für eine optimale Konsistenz der Ergebnisse bereitzustellen. Die mit dieser Methode erzielten Ergebnisse sind A-Faserverbindungswirkungspotentiale (CAP) mit Peak-to-Peak-Amplituden im Millivoltbereich über die gesamte Dauer des Experiments. CAP-Amplituden und -Formen sind konsistent und zuverlässig, was sie nützlich macht, um neue Elektroden mit bestehenden Modellen zu testen und zu vergleichen, oder die Auswirkungen von Eingriffen auf das Gewebe, wie die Verwendung von Chemikalien, chirurgische Veränderungen oder neuromodulatorische Stimulationstechniken. Sowohl herkömmliche handelsübliche Manschettenelektroden mit Platin-Iridium-Kontakten als auch maßgeschneiderte leitfähige Elastomerelektroden wurden getestet und lieferten ähnliche Ergebnisse in Bezug auf die Nervenreizstärke-Dauer-Reaktion.

Repräsentative Ergebnisse, die mit diesem Protokoll erhalten werden können, sind die konsistenten zusammengesetzten Aktionspotentiale aus A-Typ-Nervenfasern innerhalb des Ischiasnervs. Diese Aktionspotentiale haben typischerweise eine Spitze-zu-Spitze-Amplitude von etwa 1 mV an der Elektrode und damit 100 mV einmal verstärkt (Abbildung 2). Ähnliche Stimulationsamplituden und Pulsbreiten sollten ähnliche CAP-Amplituden ergeben. Leitfähige Elastomer-Manschettenelektroden erfordern im All...

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Preparation of Rat Sciatic Nerve for Ex Vivo Neurophysiology

Dieses Protokoll beschreibt die Vorbereitung von ganzem Ischiasnervengewebe der Ratte für die elektrophysiologische Stimulation ex vivo und die Aufzeichnung in einem umweltregulierten, durchbluteten Salzbad mit zwei Kompartimenten.

Vorbereitung des Rattenischiasnervs für die Ex-vivo-Neurophysiologie

Ex vivo preparations enable the study of many neurophysiological processes in isolation from the rest of the body while preserving local tissue structure. ...

Dieses Protokoll ermöglicht die Beobachtung vieler neurophysiologischer Phänomene, die nicht gut verstanden werden, wie z.B. die Übertragung von Nervenblockaden nach Hochfrequenz- / Hochamplitudenstrominjektion, während Interferenzen durch andere Prozesse in einem lebenden Körper verhindert werden. Diese Technik liefert hochgradig wiederholbare, robuste Ergebnisse und ist praktischer als die In-vivo-Elektrophysiologie, da komplexe Variablen wie die Tiefe der Anästhesie nicht kontrolliert werden müssen und daher die Messungen nicht beeinflussen können. Legen Sie nach einem Euthanasieverfahren unter Narkose eine weibliche Ratte auf den Seziertisch, halten Sie den Knöchel fest zwischen Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger und durchtrennen Sie die Fersensehne mit einer 12 Zentimeter langen geraden stumpfen Schere.Machen Sie mit einer feinen Pinzette und einer Schere vorsichtige Schnitte durch die Muskelschichten in der Nähe der Mitte der Rückseite des Beins, bis der Ischiasnerv freigelegt ist. Sobald der Nerv sichtbar ist, befeuchten Sie die Höhle mit eiskalt modifiziertem Krebs-Henseleit-Puffer (MKHB), um zu verhindern, dass der Nerv austrocknet. Ziehen Sie mit Hämostaten die Hautlappen auf jeder Seite und halten Sie den Einschnitt für eine feinere Dissektion offen.Ausgehend von der Position des Fersensehnenschnitts unterbrechen Sie mit einer feinen Schere den Muskel auf der medialen Seite des Beins, um den Nerv zu befreien. Halten Sie den Feuchtigkeitsgehalt in der Region mit eiskaltem MKHB aufrecht. Wenn der Nerv freigelegt wird, während Sie sich das Bein hinaufbewegen, sezieren Sie das darüber liegende Muskelgewebe.Befreien Sie den Nerv näher an der Wirbelsäule vom Bindegewebe, bis Sie die Wirbelsäulenspalte erreichen, an der sich ein Knick im Nerv befindet. Reinigen Sie den Nerv noch nicht, da Geschwindigkeit in diesem Stadium unerlässlich ist. Um die Dissektion zu erleichtern, ziehen Sie mit einer Pinzette vorsichtig das Ende des Nervs in der Nähe des Knöchels.Dann mit einer feinen Schere den Nerv in der Nähe der Wirbelsäule verschärfen. Legen Sie den sezierten Nerv in ein mit MKHB gefülltes 15-Milliliter-Zentrifugenröhrchen und legen Sie das Röhrchen bis zum Beginn des Reinigungsvorgangs wieder auf das Eis. Füllen Sie die beschichtete Petrischale zur Hälfte mit gekühltem sauerstoffhaltigem MKHB, legen Sie dann einen sezierten Ischiasnerv in die Schale und befestigen Sie beide Enden des Nervs an der Schale, so dass der Nerv gerade ohne Knicke, Torsion oder Verdrehungen ist.Binden Sie mit 6-0-Seidennähten oder feinem Faden einen Doppelknoten um jedes Ende des Nervs, um ein Austreten von Zytosol in den Puffer zu verhindern. Platzieren Sie die Knoten direkt neben den Insektenstiften auf der Seite, die näher an der Mitte des Nervs liegt, um ein Austreten von Nervengewebe in den Puffer zu verhindern. Entfernen Sie unter dem Mikroskop mit einer zwei Millimeter abgewinkelten Federschere und einer feinen Pinzette Fett, Blutgefäße und Muskelgewebe aus dem Nerv.Beschneiden Sie alle Nervenäste, die nicht bei der Stimulation und Aufzeichnung verwendet werden. Ersetzen Sie den Puffer nach jeder fünften Minute der Reinigung durch frisches, gekühltes, sauerstoffhaltiges MKHB. Legen Sie den Nerv nach der Reinigung wieder in das mit Puffer gefüllte Transportrohr und legen Sie das Rohr auf Eis.Bereiten Sie ein sauberes Zweikammer-Nervenbad vor. Platzieren Sie das Nervenbad mit Standard-Labor-Chefköpfen und Greifern unter dem Niveau der Zwei-Liter-Flasche, die auf dem Heizrührer platziert ist. Schließen Sie den Abfluss des Bades an den peristaltischen Pumpeneinlass an.Schließen Sie den Auslass der Peristaltikpumpe an ein Rohr an, das zurück zur Pufferflasche führt. Schließen Sie den Badeinlass mit einem einstellbaren Durchflussventil an ein Rohr an und legen Sie das Rohr in die Flasche. Verwenden Sie ein Drei-Wege-Ventil mit einer Spritze, die mit dem mittleren Auslass verbunden ist, um das Rohr als Siphon für den schwerkraftunterstützten Pufferzufluss vorzubereiten.Grundieren Sie den Siphon, indem Sie die Spritze ziehen, bis Puffer in ihn hineinfließt. Konfigurieren Sie das Ventil so, dass der Pufferdurchfluss in das Bad fünf bis sechs Millimeter pro Minute beträgt. Die Durchflussrate kann zunächst erhöht werden, um das Bad zu füllen.Sobald der Pufferstand des Bades den Abfluss erreicht hat, legen Sie die Nerven in das Bad. Sichern Sie mit einem Insektenstift das Ende des Nervs an der Ecke der mit Puffer gefüllten Badekammer. Verwenden Sie eine um 45 Grad abgewinkelte feine Pinzette und kneifen Sie den Nerv nur an den Enden ein, fädeln Sie den Nerv vorsichtig ein, um durch das Loch in der Trennwand zwischen den beiden Badkammern stimuliert zu werden.Sichern Sie mit einem Insektenstift das andere Ende des Nervs in der Ölkammer des Bades und stellen Sie sicher, dass der Nerv gerade ist, ohne gedehnt zu werden und frei von Knicken und Verdrehungen ist. Verwenden Sie Silikonfett, machen Sie eine Dichtung, um Pufferleckage von der Pufferkammer in die Ölkammer zu verhindern Füllen Sie die Ölkammer mit Silikon oder Mineralöl. Legen Sie die Silber/Silberchlorid-Aufzeichnungselektrodenhaken in die Ölbadkammer und sichern Sie sie mit Bossköpfen und Greifern.Dann drapieren Sie den Teil des Nervs im Ölbad über die Haken, ohne den Nerv straff zu ziehen. Stellen Sie die Silikonfettdichtung ein oder reparieren Sie sie, wenn nach dem Bewegen des Nervs eine Leckage beobachtet wird. Verbinden Sie die Referenz-Silber-/Silberchloridelektrode mit der Verstärkermasse und platzieren Sie die Elektrode in der puffergefüllten Badkammer, indem Sie sie mit einem Laborgreifer befestigen.Nachdem Sie eine saubere Nervenmanschettenelektrode zur Stimulation vorbereitet haben, legen Sie die Elektrode in die mit Puffer gefüllte Badekammer. Öffnen Sie mit einer Pinzette oder einer feinen Pinzette mit stumpfen oder abgewinkelten Spitzen die Elektrode im Bad, um die Innenseite der Manschette zu benetzen. Wenn Blasen verbleiben, verwenden Sie eine feine Spritze, um Puffer aus dem Bad zu ziehen und die Blasen aus der Manschette zu drücken.Öffnen Sie mit einer Pinzette vorsichtig die Manschette und schieben Sie sie unter den Nerv. Schließen Sie die Manschette um den Nerv und vermeiden Sie ein Knicken oder Verdrehen des Nervs. Schließen Sie die Stimulationselektrode und die Stromrücklaufelektrode an den Stimulator an.Wenn Sie eine quadratische Platinplatte als Stromrücklaufelektrode verwenden, positionieren Sie die Folie vom Nerv im Bad weg. Sichern Sie die Leitung beider Elektroden mit Band. Schließen Sie den TTL-Signalausgang des Stimulators an Kanal vier des Oszilloskops an.Drücken Sie auf dem Oszilloskopbildschirm die Registerkarte Triggerkanal und geben Sie Kanal vier als auslösenden Kanal an. Stellen Sie den Triggerpegel mit dem Pegelregler auf ein Volt ein. Stellen Sie auf dem Oszilloskop die Zeitauflösung auf eine Millisekunde pro Division und die Spannungsauflösung auf 10 Millivolt pro Division ein.Zentrieren Sie die Triggerreferenz in der Zeit und stellen Sie den Triggerpegel auf ein Volt ein. Nachdem Sie den Stimulator an den Computer angeschlossen haben, schalten Sie den Stimulator ein, indem Sie das Batterienetzteil an den Stromeingang anschließen. Starten Sie dann die MATLAB-Software auf dem Computer.Führen Sie das benutzerdefinierte MATLAB-Skript aus. Öffnen Sie dann das angegebene MATLAB-Skript. Bearbeiten Sie das Skript und stellen Sie die Parameter Stimulatorpulsamplitude auf minus 300 Mikroampere, Stimulatorpulsbreite auf 300 Mikrosekunden, Stimulatoranzahl der Impulse auf 10 und Stimulatorzeit zwischen den Impulsen auf eine Sekunde ein.Starten Sie das Stimulationsprotokoll, indem Sie in der Software auf Ausführen klicken. Das zusammengesetzte Aktionspotential (CAP) hatte eine Peak-to-Peak-Amplitude von einem Millivolt an der Elektrode und 100 Millivolt, wenn es verstärkt wurde. Hier wird die typische Nervenerregbarkeit für Standard-Platin-Nervenmanschetten und maßgeschneiderte leitfähige Elastomer-Nervenmanschetten gezeigt.Die CAP, die ex vivo über einen Tag von Experimenten mit beiden Ischiasnerven erhalten wurde, ist hier dargestellt. Eine minimale CAP-Amplitudenreduktion wurde mit dem rechten Ischiasnerv beobachtet. Im Gegensatz dazu ähnelte die CAP-Amplitude des linken Ischiasnervs bei etwa drei Millivolt der des rechten Ischiasnervs zu Beginn des Experiments mehr als sechs Stunden nach der Nervenextraktion.Betonen Sie Präzision und Wiederholbarkeit bei der Sezier-, Reinigungs- und Implementierungstechnik. Achten Sie darauf, was im Bad passiert. Wenn das Nervensignal verloren geht, kann es einfach sein, dass die Elektroden nicht im guten Kontakt sind oder dass sich Kochsalzlösung in der Badeöltrennwand befindet, und nicht, dass der Nerv abgestorben ist.Erstmalige Benutzer könnten versucht sein, sich zu beeilen, besonders während der Sezierphase. Dies wird wahrscheinlich zu Fehlern führen und den Nerv schädigen. Präzision und Konsistenz sind hier der Schlüssel und führen zu qualitativ hochwertigeren Ergebnissen.Besonderes Augenmerk sollte auch auf die Konsistenz bei der Puffervorbereitung gelegt werden.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Preparation of Rat Sciatic Nerve for Ex Vivo Neurophysiology

Axoplasm Isolation from Rat Sciatic Nerve

Axoplasma Isolation von Rat Ischiasnerv

Isolation of pure axonal cytoplasm (axoplasm) from peripheral nerve is crucial for biochemical studies of many biological processes. In this article, we ...

Forschung

Neurowissenschaften

Reproducible Mouse Sciatic Nerve Crush and Subsequent Assessment of Regeneration by Whole Mount Muscle Analysis

Reproduzierbare Maus Ischiasnerv Crush und anschließende Bewertung der Regeneration von Whole mount Muskelanalyse

Regeneration in the peripheral nervous system (PNS) is widely studied both for its relevance to human disease and to understand the robust regenerative ...

In Vivo Electrophysiological Measurements on Mouse Sciatic Nerves

In Vivo Electrophysiological Measurements on Mouse Sciatic Nerves

In-vivo-Elektrophysiologische Messungen an Maus Ischiasnerven

Electrophysiological studies allow a rational classification of various neuromuscular diseases and are of help, together with neuropathological ...

In Vivo Gene Transfer to Schwann Cells in the Rodent Sciatic Nerve by Electroporation

In Vivo Gene Transfer to Schwann Cells in the Rodent Sciatic Nerve by Electroporation

In vivo - Gentransfer auf Schwann - Zellen in der Nagerischiasnerv durch Elektroporation

The formation of the myelin sheath by Schwann cells (SCs) is essential for rapid conduction of nerve impulses along axons in the peripheral nervous ...

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

In Vivo Electrophysiological Measurement of the Rat Ulnar Nerve with Axonal Excitability Testing

In Vivo Elektrophysiologische Messungen der Ratte ulnaris mit axonalen Erregbarkeit testen

Electrophysiology enables the objective assessment of peripheral nerve function in vivo. Traditional nerve conduction measures such as amplitude and ...

Use of In Vivo Single-fiber Recording and Intact Dorsal Root Ganglion with Attached Sciatic Nerve to Examine the Mechanism of Conduction Failure

Verwendung von In Vivo Single-Faser-Aufnahme und intakten DorsalWurzel Ganglion mit angeschlossenem Ischiasnerv, um den Mechanismus des Leitungsversagens zu untersuchen

Single-fiber recording has been a classical and effective electrophysiological technique over the last few decades because of its specific application for ...

Preparation of Newborn Rat Brain Tissue for Ultrastructural Morphometric Analysis of Synaptic Vesicle Distribution at Nerve Terminals

Vorbereitung des Neugeborenen Ratsprofels für die ultrastrukturelle Morphometrische Analyse der Verbreitung synaptischer Bläschen an Nerven-Terminals

Our laboratory and many others have exploited the high resolving power of transmission electron microscopy to study the morphology and spatial ...

Ex Vivo Oculomotor Slice Culture from Embryonic GFP-Expressing Mice for Time-Lapse Imaging of Oculomotor Nerve Outgrowth

Ex Vivo Okulomotor Slice Culture von embryonalen GFP-ausdrückenden Mäusen für Time-Lapse Imaging of Oculomotor Nerve Outgrowth

Accurate eye movements are crucial for vision, but the development of the ocular motor system, especially the molecular pathways controlling axon ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D Kinematische Analyse zur funktionellen Bewertung im Rattenmodell von Ischias-Nerven-Crush-Verletzungen

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Ex Vivo Pressurized Hippocampal Capillary-Parenchymal Arteriole Preparation for Functional Study

Ex Vivo Druck hippocampal Kapillare-Parenchymale Arteriole Vorbereitung für die funktionelle Studie

From subtle behavioral alterations to late-stage dementia, vascular cognitive impairment typically develops following cerebral ischemia. Stroke and ...