Whole Patch Clamp cellulaire pour étudier les mécanismes de la stimulation neurale infrarouge

Les domaines de la neurophysiologie et la bionique s'appuient fortement sur les techniques qui permettent une stimulation contrôlable des réponses électriques dans le tissu neural. Alors que la stimulation électrique reste l'étalon-or en excitation nerveuse, elle souffre d'un certain nombre d'inconvénients tels que la présence d'artefacts de stimulation lors de l'enregistrement des réponses neuronales, et un manque de spécificité de la stimulation due à la propagation du courant dans les tissus environnants ^1.

Les deux dernières décennies ont vu le développement des techniques de stimulation optiquement médiation ^2. Plusieurs de ces techniques nécessitent la modification du tissu cible, soit par l'ajout d'une molécule particulière (molécules par exemple en cage) ³ ou une certaine forme de manipulation génétique (par exemple optogenetics) ^4, qui ne sont faciles à appliquer en dehors d'un contexte de recherche. Un intérêt particulier est donc stimulation neurale infrarouge (INS), wherebY tissu neural est excité par une lumière laser infrarouge pulsé. INS a le potentiel pour surmonter bon nombre des lacunes de la stimulation électrique en permettant, stimulation sans contact très spécifique du tissu neural ^2. Cependant, alors que l'INS a été démontrée avec succès dans une variété de paramètres in vivo, le mécanisme précis de l'excitation reste incertain.

Quelques publications récentes ont montré les progrès vers la découverte du mécanisme derrière INS ^5-7. Chauffage rapide due à l'absorption de la lumière laser par l'eau semble jouer un rôle clé. Cependant, au-delà de ce consensus n'a pas encore été atteint. Shapiro et al. ⁷ proposer un mécanisme très général selon lequel le chauffage rapide provoque une perturbation de la distribution des particules chargées adjacentes à la membrane de la cellule, ce qui conduit à un changement de la capacitance de la membrane cellulaire et la dépolarisation ultérieure. En outre, Albert et al. ⁵ affirment que laser chauffage induite active une classe spécifique de température des canaux ioniques sensibles (récepteur transitoire des canaux vanilloïde potentiels), ce qui permet aux ions de passer à travers la membrane cellulaire. A ce stade, il est difficile de savoir comment ces mécanismes se combinent, ou bien si il ya d'autres facteurs qui n'ont pas encore été identifiés.

Bien qu'un petit nombre de publications (références ^5,7-9) ont étudié INS in vitro, la grande majorité des travaux publiés dans ce domaine a été réalisée in vivo (par exemple, les références ^1,6,10-18). Stimulation infrarouge de neurones auditifs a été un domaine d'intérêt particulier, en raison des applications potentielles dans les implants cochléaires ^10,14-18. Bien que des expériences in vivo sont importantes pour vérifier l'efficacité de la technique dans divers milieux, l'augmentation du niveau de contrôle offert par des études in vitro devrait conduire à une compréhension plus détaillée de la mécaniquenisme responsable de l'INS. Ce rapport décrit la préparation de cultures de neurones du ganglion spiral pour les enquêtes de patch-clamp, car ils peuvent être utilisés pour étudier les mécanismes fondamentaux tout en reliant à la grande quantité de données existantes du système auditif.

La technique de patch-clamp est un excellent outil pour les enquêtes sur les phénomènes électrophysiologiques, en fournissant un moyen d'enregistrer l'activité électrique des cellules individuelles et d'étudier la contribution des courants sous-jacents individuels ^19. Lorsque cette technique est appliquée à une écurie préparation in vitro de neurones primaires, telles que les neurones du ganglion spiral culture, il offre la possibilité d'étudier en profondeur les mécanismes par lesquels l'activité neuronale est contrôlée et manipulée.

Les protocoles définis dans cette oeuvre les méthodes de contour pour étudier l'effet de la stimulation laser sur les propriétés électriques des neurones du ganglion spiral par patch clampenregistrements. L'approche est basée sur un laser à fibre couplée au lieu d'un laser en espace libre, ce qui permet le fonctionnement sûr et plus facile et plus reproductible alignement sans avoir à modifier la configuration du microscope standard. Sur la base de ces protocoles, il devrait être possible de procéder à un large éventail d'expériences afin de déterminer plus clairement le ou les mécanismes derrière INS.