نقدم بروتوكولًا لإعداد شرائح حادة من قرن آمون الظهر الوسيط للفئران. نحن نقارن هذا الإعداد عرضية مع تشريح التاجي من حيث جودة التسجيلات والحفاظ على الميزات المورفولوجية للخلايا العصبية المسجلة.
على الرغم من أن العمارة العامة لحصان آمون مماثلة على طول محورها الطولي، فقد كشفت الدراسات الحديثة عن اختلافات بارزة في المعايير الجزيئية والتشريحية والوظيفية التي تشير إلى انقسام إلى دوائر فرعية مختلفة على طول مدىها الوردي- الcaudal. ونظراً لتباين الاتصال والوظيفة، فإن التمييز الأساسي هو التمييز بين الحصين الظهري وحصين البطني، اللذين يشتركان بشكل تفضيلي في المعالجة المكانية والعاطفية، على التوالي. وبناء على ذلك، في العمل الجسم الحي فيما يتعلق تشكيل الذاكرة المكانية قد ركزت على الحصين الظهرية.
وعلى النقيض من ذلك، تم إجراء التسجيلات الكهروفسية في المختبر بشكل تفضيلي على قرن آمون متوسط البطني، مدفوعًا إلى حد كبير بعوامل مثل قابلية الشريحة للحياة وسلامة الدوائر. للسماح للارتباط المباشر من البيانات في الجسم الحي على المعالجة المكانية مع البيانات في المختبر قمنا بتكييف أساليب اقسام سابقة للحصول على شرائح الدماغ العرضية قابلة للحياة للغاية من الحصين الظهري الوسيط للتسجيلات طويلة الأجل للخلايا الرئيسية والدراجات في gyrus دنت. كما يتم تحليل السلوك المكاني بشكل روتيني في الفئران البالغة، قمنا بدمج هذا الإجراء تشريح عرضية مع استخدام حلول وقائية لتعزيز صلاحية أنسجة الدماغ من الحيوانات الناضجة. نحن نستخدم هذا النهج للفئران من حوالي 3 أشهر من العمر. طريقة يوفر بديلا جيدا لإعداد التاجية التي تستخدم في كثير من الأحيان للدراسات في المختبر على الحصين الظهرية. نحن نقارن بين هذين الاستعدادين من حيث جودة التسجيلات والحفاظ على الميزات المورفولوجية للخلايا العصبية المسجلة.
وقد درس الحصين على نطاق واسع لدوره المحوري في جوانب مختلفة من التعلم والذاكرة، والملاحة المكانية، فضلا عن العاطفة. إن الدوائر الأساسية في الحصين، والتي تسمى عادة “الدائرة الثلاثية” هي شبكة من اللاميكار في المحور العرضي، والتي يتم الحفاظ عليها إلى حد كبير على طول المحور الطولي1. من المحتمل أن تنشأ مساهمات قرن آمون في مختلف السلوكيات المعرفية والعاطفية من الاتصالات المتنوعة التي تقوم بها هذه الدوائر الأساسية على طول محور دورسوفينرال مع العديد من مناطق الدماغ الأخرى2,3. ولكن إلى جانب الاتصال المُتَوَّر والمُرَكَّر، يشير عدد متزايد من الدراسات إلى مزيد من الاختلافات على طول المحور الزمني الحاجز في الحصين. هذه الاختلافات تتعلق العمارة الداخلية والاتصال وكذلك الاختلافات في أنماط التعبير الجيني ومورفولوجيا الخلايا العصبية4،5،6،7،8.
وبالنظر إلى وجود هذه الاختلافات في الدوائر الأساسية، فمن المعقول أن تختار الدائرة الفرعية الخاصة بحصان النهر التي سيتم التحقيق فيها وفقاً للأسئلة التي يتم تناولها. إذا كان على سبيل المثال مسألة تتعلق آليات الخلايا العصبية المشاركة في المعالجة المكانية, دورسال بدلا من الحصين البطني هو من الفائدة, على الرغم من أن اثنين لا تعمل بشكل مستقل في الجسم الحي بسبب اتصال طولي داخل فرس النهر9,10,11. وعلى هذا المنوال، لا يتعين النظر في الاختلافات على طول المحور الطولي فحسب، بل يلزم أيضاً توخي العناية للحفاظ على الدوائر المحلية والبعيدة المدى بقدر الإمكان. للحفاظ على مسارات الألياف والاتصال الزاوية التي سيتم تقسيم الدماغ أمر ضروري.
الطريقة الأولى التي ذكرت في الأدب لتشمل الدائرة trysinaptic أولا عزل الحصين من الدماغ ثم جعل شرائح عرضية (عمودي على المحاور الطولية) باستخدام المروحية الأنسجة12 وهزاز13. في وقت لاحق فضلت علم وظائف الأعضاء للحصول على شرائح من كتلة الدماغ بأكمله للحفاظ أيضا على هياكل الدماغ المجاورة المتصلة قرن آمون. لهذه الاستعدادات كتلة، وقد وضعت زوايا اقسام مختلفة فيما يتعلق قرن آمون، مثل إعداد شريحة الإكلال14 أو إعداد شريحة أفقية اسمه شريحة HEC للحفاظ على اتصالات قشرة فرس النهر entorhinal15،16،17.
في إعداد الأخير يتم قطع الفص الجداري بزاوية 0 درجة أو 12 درجة فيما يتعلق بالطائرة الأفقية على طول محور rostro-caudal لتشكيل قاعدة الكتلة. ثم يتم جمع شرائح بدءا من السطح البطني للدماغ، مما يسمح أساسا الحصاد من منطقة فرس النهر المتوسط البطني. وقد أصبح هذا الأسلوب الخيار الأكثر شعبية للدراسات الفسيولوجية ويمكن القيام به بشكل موثوق بعد عدة بروتوكولات منشورة18,19,20.
ومع ذلك، إذا كانت الاهتمامات البحثية تتعلق بجوانب محددة من التعلم المكاني، قد يكون الحصين الظهري منطقة أكثر ملاءمة للتحقيق وسيكون من المفيد العثور على إجراء تشريح من نوعية مماثلة لهذه المنطقة فرس النهر. وقد تم تطوير بروتوكولات قليلة، والتي تركز على القطب التاجي جدا، التي يمكن أن تلبي هذا الطلب 21،22.
في هذا البروتوكول ، بدلا من ذلك ، ونحن وصف نهج للحصول على شرائح عرضية قابلة للتطبيق من الحصين الظهر المتوسطة التي تستخدم زاوية القسم التي سبق وصفها للتحضيرات الأفقية18،19 ( الشكل1A& B). نحن نبرهن على جودة هذا البروتوكول من خلال مقارنة التسجيلات الكهربائية والفيزيولوجية وإعادة البناء المورفولوجية في هذا الإعداد لتلك التي تم الحصول عليها في شرائح الإكل. هذا البروتوكول مناسب بشكل خاص للدمج مع التجارب التشريحية والسلوكية في الفئران البالغة (عمرها ثلاثة أشهر في حالتنا).
وقد تمت دراسة الحصين الظهري على نطاق واسع لدوره في التعلم المكاني والملاحة أساسا من خلال التجارب السلوكية، وتتبع التشريحية، والتلاعب منطقة محددة. للجمع بين شريحة electro-الفسيولوجية الاستفسارات مع هذه التقنيات، قمنا بتجميع بروتوكول يستخدم زاوية مماثلة من قسم كما تشريح الأفقي المعدلة للمنطقة المتوسطة ventral من قرن آمون، ولكن يستخدم ترتيب تشريح مقلوب للحصول على شرائح في وقت مبكر من المنطقة الظهرية المتوسطة. هذا النهج يقلل من الوقت اللازم لشريحة وجمع منطقة الظهر من قرن آمون، وبالتالي تعزيز الشرائح قابلية البقاء.
باستخدام هذه الطريقة، ونحن قادرون على استرداد نحو 3 شرائح في نصف الكرة الأرضية من منطقة الحصين الظهرية بين 1.4 مم-2.4 مم من سطح بسال، كما هو مبين في الشكل 1C. على الرغم من أنه من غير الممكن مع هذا الإجراء للحصول على شرائح عرضية من القطب الحاجز جدا من قرن آمون، فمن الممكن لجمع حوالي اثنين من شرائح غير قابلة للحياة في نصف الكرة الأرضية من القطب الحاجز(الشكل 1C الثاني، iii). إذا كان القطب الحاجز من قرن آمون هو التركيز البحث الأولية، بروتوكولات أخرى، والتي تسمح بجمع شرائح عرضية، وخاصة من القطب الحاجز جدا من الحصين، قد تكون أكثر ملاءمة21،32. ويفضل إجراء التجارب السلوكية على الملاحة المكانية والتعلم في الفئران الناضجة مع اتصال الخلايا العصبية المتقدمة بالكامل. وبالتالي، قمنا بتحسين إجراءاتنا الخاصة بالتقطيع للتطبيق على أدمغة الحيوانات البالغة (الموضحة هنا لمدة ثلاثة أشهر من الفئران)، والتي هي أكثر حساسية للإجهاد من إعداد الأحداث المرن. وتحقيقا لهذه الغاية قمنا الجمع بين العديد من الاستراتيجيات التي تقلل من الإجهاد نقص الأكسجة المخ يتعرض في الوقت بين استخراج ووضع شرائح في ACSF المؤكسج. الحل هو الواقية من قطع ACSF25,27,28 مع منخفضة Na+ و Ca2+ ولكن عالية ملغ2 + للحد من الضرر excitotoxic وتورم الخلية بسبب تنشيط مستقبلات NMDA. بالإضافة إلى ذلك، يوفر HEPES التخزين المؤقت المستقر والمركبات مثل أسكوربات و بيروفات يقلل من الإجهاد التأسدي. القذف عبر cardial مع المبردة والأكسجين حل قطع واقية يستفيد من شبكة شعرية كثيفة للغاية تزويد الدماغ للحد بسرعة ومتجانس الطلب الأيضي والغلوتامات الناجمة عن exciticicity في أنسجة الدماغ. في وقت لاحق ما يقرب من جميع الخطوات التالية لقطع الرأس يتم تنفيذها داخل حلول مبردة والأكسجين للحفاظ على التمثيل الغذائي والحرمان من الأكسجين إلى الحد الأدنى خلال الإجراء بأكمله. وهناك استراتيجيات أخرى للحد من تلف الدماغ أثناء تشريح موجودة، ويمكن أن تكون صالحة على قدم المساواة38. لإظهار جودة إعدادنا ، قارناها بإعداد شريحة إكليلية ، والذي يستخدم عادة للتسجيل من الحصين الظهري. على الرغم من أن شرائح الإكليلية يمكن استخدامها للحصول على تسجيل جيد رقعة المشبك في gyrus dentate, عدد الخلايا العصبية غير صحية وقطع أعلى مما كانت عليه في شريحة عرضية. وبالإضافة إلى ذلك، يتم الحفاظ على سلامة ال arborizations محور عصبي وتشعب أفضل في شريحة عرضية. كما واقع الأمر سلامة محاور العجلة الخلية الحبيبية (الشكل 3A) ، والتي تعمل متعامد إلى المحور الطولي من الحصين بمثابة مؤشر على طائرة التقطيع عرضية1.
لملء الخلايا العصبية المصححة، نقترح مقاومة القطب بين 3 و 5 MΩ. قطر من غيض من حوالي 1 ميكرومتر، يسمح إنجاز المقاومة ختم جيدة أثناء التسجيل وجيدة إعادة الختم عند التراجع القطب. التفاصيل الأكثر أهمية هي تجنب شفط أجزاء من سوما أو نواة في ماص. لهذا السبب، نقترح تضمين صبغة أليكسا في الحل داخل الخلايا عندما يكون ذلك ممكناً. تسمح الصبغة بمراقبة شكل الخلية أثناء التسجيل وإعادة الختم. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح لتقييم سلامة الخلية المصححة بعد التثبيت، والتي يمكن أن توفر الوقت المناعة الستويستوتيستري، في حالات الحشوات غير الناجحة. بسبب صبغات اليكسا هي إخماد مع وقت التثبيت الطويل، ونحن نقترح تثبيت قصيرة إذا كان ذلك ممكنا.
بالنسبة للمناعة اللاحقة، نستخدم بروتوكولًا لا يتطلب إعادة تقطيع الشريحة. نقترح جعل تلطيخ في غضون أسبوع واحد بعد التثبيت. كلما طالت مدة بقاء الشرائح في الثلاجة، كلما ارتفعت فرصة تدهور الأنسجة. إذا تعذر تجنب التخزين الطويل، نقترح زيادة تركيز NaN3 في برنامج تلفزيوني إلى 0.05٪ وتحديثه أسبوعيًا. مناعة من شريحة كاملة يعني أن أوقات الحضانة مع الأجسام المضادة الأولية والثانوية زيادة. عادة، للكشف biocytin، حضانة واحدة بين عشية وضحاها في 4 درجة مئوية يكفي، ولكن إذا جنبا إلى جنب مع تلطيخ للبروتينات الأخرى، يمكن أن تستمر عملية تلطيخ كامل لفترة أطول من ذلك بكثير. يجب تحسين منع التجوّل وحضانة الجسم المضادة بشكل فردي. عادة، بالنسبة للجسم المضاد الأساسي، يومين كافية في حين أن يوم واحد يمكن أن يكون كافيا للثانوي. نوصي بزيادة مدة الغسيل الخطوات جنبا إلى جنب مع حضانات الأجسام المضادة أطول لتجنب زيادة الخلفية.
في هذا البروتوكول قد قدمنا طريقة تشريح للحصول على شرائح فرس النهر عرضية أو تقريبا عابرة الحفاظ على صلاحية الخلايا العصبية من الأنسجة البالغة ونهج عملي لاستعادة مورفولوجيا والهوية الكيميائية العصبية من الخلايا العصبية مصححة. يمكن إجراء هذه الطريقة بسهولة لمطابقة النتائج الكهرو فسيولوجية مع الدراسات التشريحية والسلوكية التي تركز على الجزء المتوسط الظهري من قرن آمون.
The authors have nothing to disclose.
ونشكر كيرستن كرونبيتر وديدير غريميل على المساعدة التقنية. نشكر أومبرتو موريلي على المساعدة في برامج الجرافيك وماتياس هوب لفيديو التصوير، وتحرير الفيديو. تم دعم العمل في مختبرنا من قبل دويتشه Forschungsgemeinschaft (DFG) FOR2143 ، SFB 1461 (Project-ID 434434223) وGK2154 ، ومنحة مجلس البحوث الطبية G1100546 /2 وجامعة كييل.
1mL syringes Omnifix-F | Braun melsungen AG | 9161406V | |
24 multiwells | SARSTEDT | 8,33,922 | |
81x criogenic vial storage box | Fisherscientific | 15-350-107B | storage chamber |
Alexa Hydrazide dye | Invitrogen | A10436 | |
Big scissor | Fine science tool | 14010-15 | graefe forceps |
Biocytin | IRIS biotech. | LS3510.0250 | |
Borosilicate Glass capillaries | Science products | GB150TF-10 | storage chamber |
Brush 5 | Leonhardy | 241 | Micro double spatula, L 150 mm, blade width 4 mm |
Calcium chloride dihydrate | Roth | 5239.2 | aCSF solution |
Carbon steel microtome blade | feather | C35 | |
Chloridric acid | Roth | K025.1 | |
Confocal microscope | Zeiss | LSM880 | with Airyscan |
Cyanoacrylate glue | UHU | 509141 | |
Cyanoacrylate glue, n-butyl-ester VetBond | 3M | ||
EGTA | Roth | 3054.1 | |
Fiji ImageJ | fiji.sc | ||
Filter paper 113A | ROTILABO Roth | AP180.1 | |
Fine tip tweezer | Dumont | 0245fo | |
Glass becker (150 ml) | ROTILABO Roth | X690.1 | incubation chamber and dissection |
Glass Petri dishes (10 cm dia.) | ROTILABO Roth | 0690.1 | |
Glucose | Roth | X997.2 | aCSF solution |
Heated water bath | Grant Instruments Ltd | SUB14 | |
HEPES | Roth | 9105.4 | aCSF solution |
Isofluoran | baxter | 5239.2 | Anesthetic |
Large spatula | Roth | E286.1 | |
Magnesium Sulfate heptahydrate | Roth | 8793.2 | aCSF solution |
Mg-ATP | Sigma Aldrich | A9187 | |
Microfil | World precision instruments | MF34G | |
Na2-GTP | Sigma Aldrich | 51120 | |
N-methyl-D-glucamine | Sigma Aldrich | M2004 | aCSF solution |
Normal goat serum | Sigma Aldrich | 566380 | |
Nylon mesh kit | Warner Instruments | 64-0198 | incubation chamber and storage chamber |
Paraformaldeyde | Sigma Aldrich | P6148 | |
Phosphate buffered saline 10X | Panbiotech | P04-53500 | |
Phosphocreatine disodium | Sigma Aldrich | P7936 | |
Pipette puller | Sutter instrument | P-2000 | |
Pipette tips | SARSTEDT | 7,07,62,211 | incubation chamber |
Plastic box for syringe filters | SUPELCO | 54135-U | storage chamber |
Potassium Chloride | Roth | 6781.3 | aCSF solution |
Potassium Gluconate | Roth | P1847 | |
Probenbecker becker (100 ml) | ROTILABO Roth | HT85.1 | incubation chamber |
Rounded tip tweezers | Fine science tool | 11051-10 | |
Sainless steel blade | Gillette | Vibratome | |
Small scissor | Fine science tool | 14010-10 | mayo scissor straight |
Sodium Ascorbate | Roth | 3149.2 | aCSF solution |
Sodium Azide | Sigma Aldrich | S2002 | |
Sodium Bicarbonate | Roth | 6885.1 | aCSF solution |
Sodium Chloride | Roth | 3957.1 | aCSF solution |
Sodium Hydroxide | Roth | K021.1 | |
Sodium Phosphate monobasicdihydrat | Roth | K300.1 | aCSF solution |
Sodium Pyruvate | Roth | 8793.2 | aCSF solution |
Streptavidin conjiugated Alexa 488 | Invitogen | s11223 | |
Thin spatula | Roth | E286.1 | Double spatula, L 150 mm, blade width 9 mm |
Transfer pipette | Sarstedt | 861171 | |
Triton x100 | Roth | 3051.1 | |
Vibratome | Thermoscientific | Microm HM650V | |
Filter device for ultrapure water | Merck-Millipore | Milli-Q IQ 7000 |