A simple and novel technique for recording afferent discharge due to mechanical stimulation of lanceolate terminals of palisade endings innervating mouse ear skin hair follicles is presented.
新規解剖記録技術は、マウスの耳介における毛の機械的変位によって引き起こさ求心性発火を監視するために記載されています。技術は非常に費用対効果の高い、容易に一般的にほとんどの電気生理学研究室で見つかった物質で行われ、または容易に購入です。解剖は、独自のソフトウェアによって制御される一般的な電気セラミックウェハが提供する機械的変位で、シンプルで早いのが特長です。同ソフトウェアは、レコードとelectroneurogram出力を分析します。誘発神経活動の記録は、火災研磨標準ガラス微小電極に接続されている商業用差動アンプを介して行われます。役立つヒントを準備刺激および記録品質を最適化する記録条件の品質を向上させるために与えられます。システムは、だけでなく、毛包の柵終末の披針形端子の電気生理学的および光学的特性を測定するのに適していますそれらの薬理学的および/または遺伝子操作からの結果。スチリルピリジニウム生体色素で機械的刺激とラベリングして電気的記録を組み合わせた例が与えられています。
感覚軸索の披針形端子は、哺乳動物における毛包が毛シャフト上皮の周りに柵を形成する神経支配します。その目的は、それらが取り囲む毛の機械的変位を検出することです。彼らは急速に、ゆっくりと、主に髪の動きに応じて活動の短いバーストを生成語尾を適応が混在しています。動きが停止したときに活性があっても継続的な変位の存在下で、非常に迅速に停止します。ここでは、披針形端子における構造と機能の相関研究のため、このネズミの耳介モデルの開発について説明します。耳介は、これらの語尾を研究するための多くの有利な特徴を持っています。まず、耳介は、本質的に皮膚の二つの層は、卵胞や端末へのアクセスを妨害する間にほとんど他の組織で、背中合わせに並置されています。皮膚は非常に薄く、簡単に起因するタフな結合組織の最小量に解剖です。神経支配は、簡単にアクセスし、識別可能です。ヘアfolliclながら、ESが存在する場合、それらは比較的まばらに機械的に卵胞の個人または小グループの刺激を容易に分散されています。薄い下層の真皮層は、薬理学的薬剤や染料による神経終末への良好なアクセスを提供します。これは、蛍光顕微鏡を用いて画像化研究のために特に最適です。イメージングは、いずれかの生きている端末で、または固定し、さらに組織学的処理の後にすることができます。
機械刺激ニューロンの応答は、毛包が伝統的に孤立した皮膚の準備3,4に、より少ない程度に、1,2鼻毛げっ歯類で研究されている支配します。これらは私たちに、毛幹の周囲の神経終末における機械刺激生理学の一般原則について多くを教えてきました。感覚毛の準備は、単一の毛包の動きの上に絶妙なコントロールを可能にします。しかし、感覚毛のように、その複雑さのために出力を解読することは困難です卵胞は、解剖学的に明確な機械刺激エンディング5の少なくとも8つの異なる種類が含まれており、特定の電気生理学的応答にこれらの形態学的なタイプのマッチングは依然として論争の問題です。マウス皮膚/伏在神経の準備は、ほとんどの場合、タッチ及び疼痛応答を調査するために、その脱毛状態で使用されます。そのような製剤中の毛包の神経支配はそれほど複雑ではなく、毛包の密度は、プラス、このような近接6 3つの異なる毛包タイプ(ガード、AWL / aucheneとジグザグ毛)の存在は、特定の応答を研究する意味しますエンディングの単一卵胞または単一の型が再び困難です。また、この製剤は、複雑な解剖を伴います。最後に、感覚毛および他の皮膚製剤の両方では、ex vivoでの製剤がまだ生きている間関与終末を視覚化することは困難です。したがって、組織切片であっても、GFPを発現するマウス系統に必要とされます。 Alternatively、そのような免疫蛍光のための固定および/または抗体のインキュベーションなどのさらなる組織学的/免疫学的処理を必要とします。
したがって、我々は、耳介の準備を開発し、毛包の求心性神経の制限された集団からの電気録音を行い、膜のサイクリングは、スチリルピリジニウム色素の取り込みによって証明される、これらの披針形の語尾で起こることを示すためにそれを使用しています。最後に、我々は色素が、それがメカノチャネルをブロックしませんを示す、機械的感受性を妨害しないことを示しました。単純な刺激と分析プロトコルの結果が示されています。
ここで、我々は急速に解剖することができ、比較的簡単な準備を開発した、低毛包の密度を有しており、毛包の少数の比較的選択機械的刺激を可能にします。これは、機械的に刺激し、毛包、定義された電気生理学的応答を持つ、すなわちイメージング包を可視化するアプリケーションを染色するための応答を含む電気生理学的記録および生細胞蛍光イメージングのために容易にアクセス可能です。我々が行っていないが、このシステムは、単一のユニットのための感覚神経(単一感覚軸索)記録および形態を終了感覚の端末を可視化するための標的とGFP-式を用いて細分に容易に適しているようです。
私たちは、内在化および蛍光膜スチリルpridinium染料7のリリースの特性を調査するためにローカライズされたvesicを研究するために独自に開発した技術を耳の皮膚の準備を使用していましたシナプス終末8におけるル膜のリサイクル。シナプスでは、イメージングも容易に識別端子8,9における応答の同時電気生理学的記録と組み合わされます。それは我々が最初に述べた染料はまた、機械刺激終末10によって内在化されたこれらの初期の研究でした。文化および蝸牛の有毛細胞における感覚ニューロンの場合は、スチリルピリジニウム色素によって標識化の多くは、彼らはその後、11,12をブロックする機械刺激チャネルを通過する色素を含んでいるようです。染料は、その後、細胞内膜にラベルを付け、この標識は不可逆的です。しかし、ではない有毛細胞に機械的に13,14を刺激し、そのようなIaの終末としてその場で完全に分化した一次感覚神経終末における筋紡錘で15、ここで7披針形の語尾に、スチリル色素標識は、膜のエンドサイトーシスを反映しているようです標識は可逆的であり、機械刺激解像度をブロックしないので、ponses 7,15,16。これらの終末におけるチャネル透過による一部の染料内在化を完全に排除できないが、 その場で差別端末での標識の大部分はリサイクル小胞に内在化によるものであることを染料インキュベーションの間継続焼成およびラベリングの可逆性から明らかです膜。したがって、この単純な手法は、容易にエクスビボ組織における機械刺激端末機能の範囲の複合電気的および光学的監視のために使用されます。
最も実用的な技術と同様に、再現性が反復と練習が必要になります。特に注目に値する重要なポイントのいくつかを説明します。解剖と記録セッションを通して、準備が常に完全に95%O 2/5%CO 2で飽和食塩水で灌流さを保証することによって、組織の生存率と生存率を最大化します。毛包がこのプロセスの間に変位されていないことを確認し、WHICHは、感覚終了発射を刺激します。いずれかの準備からの距離で罰金チューブ付き器官槽を通して連続、層流灌流システム、または慎重にバブルガスを使用するか、慎重にすべての回で生理食塩水の表面の下準備を保ち、ソリューションごとに20-30分を更新します。吸引記録電極は、通常、細胞内記録用の鋭い電極ホウケイ酸ピペットを変更することによって作製されます。まず、慎重に(2.4および2.5を参照)ブンゼンバーナーの炎に非常に短い(<1秒)の暴露によって神経や火ポリッシュに合わせて適切な内径を与えるために#3鉗子で鋭い先端を断ちます。記録良好な信号対雑音比を得るために、これら2つの電極における電気インピーダンス(抵抗)が最大と同等の両方であることが必須です。二つの電極に、以下に注意を払ってこれを行います。記録電極の場合、内径は、神経のためにぴったりとフィットし、NEの最大の長さであることを確認RVEは、記録電極に引き込まれます。効果的に電極チップを封止するために神経を周囲の結合組織を使用してみてください。あるいは、またはさらに、神経と一緒に脂肪組織の適切な大きさ、テーパーピースの狭い方の端を描画します。その後、チューブに取り付けられた50ミリリットルの注射器で約1分間の強力な吸引を適用することによって、電極先端を差し込みます。しっかりと密封されて先端部については、強力な吸引を適用することは、単にプラグインの有効性を強化し、より多くの液体または神経に描画されません。神経損傷を避けるために、しかし、結合組織が周囲の材料とEAM軟骨に圧縮から神経を緩衝されていることを確認。不関電極はできるだけ記録電極の抵抗/インピーダンスを模倣する必要があります。これは慎重に火研磨実際にそれを封止することなく、可能な限り小さな開口部に先端をすることによって助けられます。さらに抵抗が必要な場合、脂肪と不関電極の端部を差し込み記録電極のための上記のようにそれ自体結合組織、。
電子セラミックは、空間的にも時間的にも、機械的変位を超える絶妙に制御することができます。しかし、電気的な接続を行う世話をする – 高温がそれらを破壊する、とても暑いはんだを使用しないでください。金属配合エポキシ接着剤を使用するか、または供給業者が推奨する専門家押し込み型ソケットを使用しています。これは、両方しっかりとそれを保持し、電気的な接続を確立します。標準的なエポキシ樹脂と電子セラミックにガラス刺激プローブを接続します。組織損傷のリスクを最小化するために電気生理学的記録のためのパッチまたは鋭い電極を製造するために使用される耐火研磨標準10cmの端部は、x直径1.5mmのホウケイ酸ガラスキャピラリーチューブ。単一の毛包の刺激が必要な場合は、火ポリッシュ先端は、単一の毛に合わせて、絞り開放内側単一毛でプローブを位置決めします。これは、単一の毛の上に絶妙に制御することができます。スチリルDYのため電子ラベルは、それが一般的に若い動物からの組織においてより均一です。これは、なぜ、必ずしも明らかではないが、これはおそらくあまり機械的外傷と若い組織からのより効果的な深部組織の除去を反映しています。毛包の拠点を覆う泡状層類似する発泡ポリスチレンを除去するのに十分なこと。これは神経叢層と関連披針形端子を取り外すリスクしかし、激しすぎることを避けます。ほとんど、あるいはまったく電気毛包の動きに応じ、及びスチリル色素のアプリケーションがある場合は、(オレンジ/黄色)むしろ披針形語尾より毛幹の基部の明確な自家蛍光と、(/黄色白)皮脂腺の主なラベリングにつながりますオーバー熱狂的なクリアランスが下にある組織を損傷しています。最後に、非常に撮像前染料キレート剤を使用して、最終的な画像の画像コントラスト及び品質を向上させます。
この技術は、さらなる研究の範囲内で有用であり得ます。これらの共ULDは、候補チャネルに対する選択的な薬理学的リガンドと準備をインキュベートまたは遺伝的に削除されたようなチャネルを有するマウス系統をスクリーニングすることにより、ストレッチ誘発反応を担う機械刺激チャネル(複数可)についてのスクリーニング、例えば、含まれています。後者はNpy2rにリンクされたGFP発現17で例えばマウス系統における遺伝的操作に端子形態の変更、の蛍光評価と組み合わせることができます。最後の例では、ストレッチ誘発反応及びスチリル色素の取り込みに対するSLVの売上高(カルシウム、マグネシウム、ラトロトキシン、グルタミン酸受容体リガンド)のモジュレーターの効果を調べることによって、これらの披針形端子におけるシナプスのような小胞(SLVS)7の役割を調査することができます/リリース。したがって、この新しい技術はmechansensory神経科学の研究の潜在的に興味深い道の範囲を開きます。
The authors have nothing to disclose.
The work was in part funded by UK Medical Research Council project grant G0601253 to G.S.B. and R.W.B.
PDMS – Sylgard 184 | Dow Corning | Flexible, inert, translucent solid silicone polymer. | |
No. 3 Dumont forceps | Fine Science Tools | 11231-20 | |
Austerlitz Insect pins | Fine Science Tools | 26002-10 | Very fine pins to attach pinna preparation securely to the PDMS with minimal damage. |
AC Differential Preamplifier | Digitimer | Neurolog NL104A | Amplifying the size of the incoming afferent electroneurogram. Differential recording minimises the extraneous electrical noise and baseline drift. |
High/Low-pass Filter | Digitimer | Neurolog NL125 | Signal conditioning, by reducing extraneous electrical noise to ensure best signal to noise ratio. |
Spike Trigger | Digitimer | Neurolog NL201 | Sets the event detector threshold and displays it on the oscilloscope. This shows the action potential detection efficacy. |
Audio Amplifier & speakers | Digitimer | Neurolog NL120S | Useful audio monitoring for the presencec of electrical firing of the sensory endings while adjusting the mechanical stimulation preparation down the microscope |
Oscilloscope | Digitimer | PM3380A | We use this old model but any standard oscilloscope will suffice. |
Piezo electroceramic wafer | Morgan Electroceramics, Southampton UK | PZT507 | Electrophysiology/computer interface |
Piezo electroceramic powersupply | Home made | 0-200V DC output to drive the ceramic wafer displacement, with variable electronic control of output via recording/stimulation software and computer interface. We use Spike2 software and 1401micro computer interface. | |
Electrophysiology Software | Cambridge Electronic Design (CED) | Spike2 v7 | Electrophysiology recording, stimulation and data analysis software |
Laboratory interface | Cambridge Electronic Design (CED) | 1401 micro | Electrophysiology interface, between the amplifier/filters and the computer. It inputs the electroneurogram and also drives the electroceramic movement. |
FM1-43/Synaptogreen C4 | Biotium/Cambridge Bioscience | BT70020 | Fluorescent membrane probe that reversibly partitions into the outer leaflet of cell membranes. Used predominantly for monitoring vesicle membrane endo-/exocytosis. |
Advasep 7 | Biotium/Cambridge Bioscience | BT70029 | A sulfonated b-cyclodextrin derivative that chelates FM1-43 (& other styryl pyridinium dyes) out of the exposed membranes, leaving internalised dye to be seen more clearly by lowering the background labelling/fluorescence. |
Retiga Exi Fast 1394 | Qimaging | Monochrome, cooled CCD camera – basic model | |
Volocity 3D Image Analysis Software | Perkin Elmer | Volocity 6.3 | Image capture and analysis software. |