Grabación simultánea electrofisiológico y micro-inyecciones de agentes inhibitorios en el cerebro de roedores
Summary
Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.
Abstract
Aquí se describe un método para la construcción de un solo uso "injectrode" utilizando piezas comercialmente accesibles y asequibles. Un sistema de sondeo fue desarrollado que permite la inyección de un medicamento durante la grabación de señales electrofisiológicas de la población neuronal afectada. Este método proporciona una alternativa sencilla y económica a las soluciones comerciales. Una pipeta de vidrio se modificó mediante la combinación con una aguja hipodérmica y un filamento de plata. El injectrode está unido a la bomba microjeringa comercial para la administración de fármacos. Esto resulta en una técnica que proporciona retroalimentación farmacodinámica en tiempo real a través de señales extracelulares de unidades múltiples originarios desde el sitio de administración de fármacos. Como una prueba de concepto, se registró la actividad neuronal del colículo superior provocada por destellos de luz en ratas, concomitantemente con la entrega de medicamentos a través de la injectrode. La capacidad de grabación injectrode permite la caracterización funcional de la injEl sitio de reflexión favoreciendo un control preciso sobre la localización del suministro del fármaco. La aplicación de este método también se extiende mucho más allá de lo que se ha demostrado aquí, como la elección de la sustancia química cargado en el injectrode es vasto, incluyendo rastreo de marcadores para experimentos anatómicos.
Introduction
La inactivación de áreas corticales y núcleos subcorticales es importante en el estudio de las relaciones funcionales entre varias estructuras cerebrales 2-4. La literatura reciente ha empleado química de pérdida de función o técnicas criogénicas para estudiar el papel de las estructuras cerebrales 2,5. En lo que se refiere a las microinyecciones farmacológicas, pequeños volúmenes de medicamentos pueden ser administrados en una región del cerebro a una velocidad controlada y reducir al mínimo el daño colateral al tejido circundante 6,7. Esta técnica se puede utilizar para entregar agonistas específicos, agonistas inversos o antagonistas para estudiar el efecto de diferentes dianas farmacológicas sobre la actividad neuronal. Estos efectos también se pueden estudiar mediante la medición de cambios en las respuestas neuronales desde lugares distantes, lo que permite a los investigadores estudiar las relaciones entre las diferentes estructuras corticales y subcorticales.
Aquí, nos demuestran el montaje de un dispositivo, el injectrode, capaz de boº grabación de señales electrofisiológicas y entregar pequeñas cantidades de drogas en el lugar de destino. Se demuestra las capacidades de este sistema mediante la inyección de GABA, un inhibidor de la actividad neuronal común, en la rata colículo superior. Esta región es sensible a la estimulación visual, que nos permitió utilizar la actividad multiunit evocado visual para confirmar la localización injectrode. La reversibilidad de la inactivación se evaluó por la recuperación de la actividad neuronal normal tras el final de la inyección GABA.
La capacidad de controlar la actividad de varias unidades de la zona de la inyección permite la puesta a punto de las tasas de inyección y los volúmenes necesarios para lograr la respuesta farmacodinámica deseada. Por lo tanto, una ventaja de esta técnica es el potencial de limitar el daño tisular causado por microperfusión, ya que se inyectan los más pequeños volúmenes efectivos. El protocolo propuesto proporciona un método rentable para generar la necessar hardware desechabley para la realización de experimentos donde se desea la administración de fármacos y la grabación de la actividad neuronal local.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo propuesto fue diseñado para resolver los retos derivados de los actuales métodos de inactivación reversible. En concreto, este proyecto destinada a perfeccionar los métodos utilizados para microinyecciones químicas de las sustancias que modulan la actividad neuronal, particularmente en las estructuras profundas del cerebro. Un reto técnico que emerge de este tipo de configuración es la necesidad de ambas sondas a ser colocalized en el mismo espacio restringido in vivo a fin de obtener grabac…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by grants from CIHR (MOP231122) and NSERC (RGPIN-2014-06503). We would like to thank Geneviève Cyr for her help preparing experiments and supervising laboratory work. MAL received a scholarship from The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Injection pump (UltraMicroPump III) | WPI | #UMP3 | |
| Injection console (Micro4 Controller) | WPI | #SYS-MICRO4 | |
| Hamilton syringe | Hamliton | (80301) 701LT 10 µL SYR | Syringes between 5 and 10 μL used |
| Gel cyanoacrylate adhesive | Krazy Glue | KG86648R | The gel form is easier to apply on the shaft of the 30G hypodermic needle |
| Glass pipettes | WPI | #TW100F-4 | Thin wall, 1mm OD, 0.75mm ID with filament pipettes used |
| 720 Needle Pipette Puller | Kopf | 720 | |
| Silver wire | A-M Systems, Inc. | 782500 | Bare 0.010” |
References
- Martin, J. H., Ghez, C. Pharmacological inactivation in the analysis of the central control of movement. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 145-159 (1999).
- Ponce, C. R., Hunter, J. N., Pack, C. C., Lomber, S. G., Born, R. T. Contributions of indirect pathways to visual response properties in macaque middle temporal area MT. The Journal Of Neuroscience The Official Journal Of The Society For Neuroscience. 31 (10), 3894-3903 (2011).
- Lomber, S. The advantages and limitations of permanent or reversible deactivation techniques in the assessment of neural function. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 109-117 (1999).
- Malpeli, J., Schiller, P. A method of reversible inactivation of small regions of brain tissue. Journal Of Neuroscience Methods. 1 (2), 143-151 (1979).
- Lomber, S. G., Payne, B. R., Horel, J. A. The cryoloop: an adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 179-194 (1999).
- Gonzalez-Perez, O., Guerrero-Cazares, H., Quiñones-Hinojosa, A. Targeting of deep brain structures with microinjections for delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants. Journal Of Visualized Experiments. (46), (2010).
- Hupé, J., Chouvet, G., Bullier, J. Spatial and temporal parameters of cortical inactivation by GABA. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 129-143 (1999).
- Casanova, C., McKinley, P., Molotchnikofff, S. Responsiveness of Reorganized Primary Somatosensory (SI) Cortex after Local Inactivation of Normal SI Cortex in Chronic Spinal Cats. Somatosensory & Motor Research. 8 (1), 65-76 (1991).
- Malpeli, J. Reversible inactivation of subcortical sites by drug injection. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 119-128 (1999).
- Minville, K., Casanova, C. Spatial frequency processing in posteromedial lateral suprasylvian cortex does not depend on the projections from the striate-recipient zone of the cat’s lateral posterior-pulvinar complex. Neurosciences. 84 (3), 699-711 (1998).
- Diao, Y., Wang, Y., Xiao, Y. Representation of the binocular visual field in the superior colliculus of the albino rat. Experimental Brain Research. 52 (1), 67-72 (1983).
