Ionoforesi di agonisti ed antagonisti neurali durante extracellulare<em> In vivo</em> Registrazioni è un potente mezzo per manipolare microambiente di un neurone. Queste manipolazioni possono più facilmente essere fatta tramite piggy-back multibarrel elettrodi. Qui si descrive come la loro fabbricazione e utilizzarli durante le registrazioni uditive.
Nelle registrazioni di singoli neuroni in vivo permette un investigatore per esaminare le proprietà dei neuroni, per esempio in risposta a stimoli sensoriali. I neuroni in genere ricevono più ingressi eccitatori e inibitori afferenti e / o efferenti che si integrano tra di loro, e le proprietà finali di risposta misurati del neurone sono guidati dalle integrazioni neurali di questi ingressi. Per studiare l'elaborazione delle informazioni in sistemi neuronali, è necessario comprendere i vari ingressi di un neurone o sistema neurale, e le proprietà specifiche di tali ingressi. Un metodo efficace e tecnicamente relativamente semplice per valutare il ruolo funzionale di taluni fattori che un neurone dato sta ricevendo è quello di sopprimere in modo dinamico e reversibile o eliminare questi ingressi, e misurare le variazioni della produzione del neurone causati da questa manipolazione. Ciò può essere ottenuto alterando farmacologicamente ambiente circostante del neurone con piggy-back multibarrel elettrodi. Questi elettrodi sono costituiti da un singolo elettrodo di registrazione canna e un elettrodo multibarrel farmaco che può trasportare fino a quattro diversi agonisti o antagonisti sinaptici. Gli agenti farmacologici possono essere applicati iontophoretically momenti desiderati durante l'esperimento, consentendo temporizzata consegna e riconfigurazione reversibile di ingressi sinaptici. In quanto tale, la manipolazione farmacologica del microambiente rappresenta un metodo efficace e senza precedenti per testare specifiche ipotesi sulla funzione del circuito neurale.
Qui si descrive come piggy-back elettrodi sono realizzati, e in che modo vengono utilizzati durante gli esperimenti in vivo. Il piggy-back sistema consente un investigatore di combinare un singolo elettrodo di registrazione barile di qualsiasi proprietà arbitraria (resistenza, dimensioni della punta, ecc forma) con un elettrodo di droga multibarrel. Questo è un grande vantaggio rispetto ai normali multi-elettrodi, in cui tutte le canne hanno più o meno le forme e proprietà simili. Multibarrel electrodes sono stati introdotti più di 40 anni fa 1-3, e sono stati sottoposti a una serie di miglioramenti di progettazione 2,3 fino a quando il tipo piggy-back è stato introdotto nel 1980 4,5. Qui vi presentiamo una serie di importanti miglioramenti nella produzione laboratorio di piggy-back elettrodi che permettono la penetrazione cerebrale profonda in intatto de preparati animali in vivo a causa di un albero elettrodo relativamente sottile che provoca un danno minimo. Inoltre questi elettrodi sono caratterizzati da registrazioni a basso rumore, e hanno bassa resistenza ai farmaci botti per ionoforesi molto efficace di agenti farmacologici desiderati.
Descriviamo una tecnica che permette la manipolazione di un microcircuito singolo neurone in vivo, mentre allo stesso tempo permette la registrazione delle risposte del neurone durante la manipolazione sperimentale. Circuiti neurali sono manipolati attraverso l'applicazione iontophoretical di agonisti e antagonisti sinaptici. Il vantaggio principale di ionoforesi oltre espulsione pressione è che ionoforesi non richiede il movimento fisico del fluido da elettrodo nel tessuto neurale, e quindi non vi è alcuna preoccupazione di causare danni tramite la pressione applicata o volume di fluido. Il limite principale di questa tecnica è la mancanza di informazioni sulla concentrazione del farmaco assoluta nel tessuto, e il volume del tessuto affetto. Tuttavia, poiché le quantità di agenti farmacologici espulse con ionoforesi sono molto più piccole e più precisamente con espulsione controllabile di pressione, il recupero dall'applicazione farmaco è in genere molto più veloce di und molto più completo. Microiontophoresis è stato utilizzato con successo in un certo numero di sistemi neuronali sensoriali, e altri, e viene applicato con successo in più aree cerebrali con poca o nessuna elaborazione intrinseca. La ragione è che alcuni dell'agente espulso farmacologico può diffondere dal sito di applicazione ad un neurone adiacente e manipolare le proprietà di risposta del neurone adiacente.
La produzione separata di elettrodi canna singola e multi consente la combinazione di elettrodi con proprietà arbitrarie e non correlati. Tirando botti elettrodi insieme e utilizzando alcuni per la registrazione e alcuni scopi ionoforesi produrrebbe punte degli elettrodi con proprietà molto simili, in modo tale che le punte degli elettrodi o sarebbe troppo grande per la registrazione singola cella, o troppo piccolo per applicazione droga. Inoltre, avere la punta della canna singola si estendono oltre le punte degli elettrodi multibarrel di circa 20 micrometri riduce notevolmente il rumore nelle registrazioni, und elimina possibili effetti confondenti di corrente dalle correnti di conservazione o di espulsione sulla cottura del neurone 3.
Piggy-back multibarrel elettrodi sono state preventivamente descritte più di 30 anni fa, 4-6 e sono stati utilizzati con successo per analizzare circuiti neurali 7-18 19-29. Pertanto, il metodo di per sé non è nuovo o unico. Tuttavia, i particolari di preparazione e uso di elettrodo sono stati modificati nel corso degli anni, e l'insieme delle istruzioni descritte qui ha dimostrato di essere particolarmente semplice e di successo, e non è stato pubblicato in dettaglio altrove nella letteratura. In particolare, la flessione della punta unico elettrodo canna consente la punta finale del piggy-back elettrodo relativamente sottile (Figura 3) e, quindi, permette di registrazioni da nuclei profondi con minimo danno al cervello, la sporgenza della canna singola elettrodo sopra il multi-elettrodo canna elimina virtualmente tutti valuteeffetti t, che sono stati spesso indicati come svantaggio della tecnica 3. Nuovi dettagli qui presentata come avente la punta dell'elettrodo rivolta verso l'alto durante il processo di incollaggio e di riposo della canna singola nella scanalatura dell'elettrodo multibarrel garantirà un alto tasso di successo nella produzione piggy-back elettrodi. La tecnica è relativamente semplice e in genere può essere masterizzato da un novizio nel giro di pochi giorni.
The authors have nothing to disclose.
Il lavoro è stato sostenuto da R01 DC 011582 (AK) e RO1 DC011555 (DJT).
Item name | Manufacturer | Comment | Cat. # |
Bunsen burner | Available from: VWR | 17928-027 | |
Two-component dental cement: “Cold cure” dental material | Co-oral-ite Dental Mfg. Co | Available from: A-M Systems, Inc | 525000 |
Two-component dental cement: Denture material crosslinking Liquid Compound | Co-oral-ite Dental Mfg. Co | Available from: A-M Systems, Inc | 525000 |
Liquid glue | Henkel | Available from: Loctite Super Glue | 01-06849 |
Micro-Iontophoresis Unit: Neurophore BH-2 | Harvard Apparatus | Available from: Harvard Apparatus | 65-0200 & 65-0203 |
Insulated silver wire | AM-Systems | Available from: AM-Systems | 785500 |
Horizontal puller | Zeitz DMZ-Universal Puller | Available from: AutoMate Scientific | NA |
Micro-manipulator pieces: electrode holder | WPI | Available from: WPI | M3301EH |
Micro-manipulator pieces: linear stage | Newport 423 Series | Available from: Newport | 423 |
Micro-manipulator pieces: rotation stage | Newport RSP-2 | Available from: Newport | RSP-2 |
Micro-manipulator pieces: z translation | Newport 433 Series | Available from: Newport | 433 |
Micro-manipulator pieces: angle bracket 90 ° to assemble z and xy axis | Newport 360-90 | Available from: Newport | 360-90 |
Micro-manipulator pieces: x translation / linear stage | Newport 423 Series | Available from: Newport | 423 |
Micro-manipulator pieces: y translation / linear stage | Newport 423 | Available from: Series Newport | 423 |
Microscope | Leitz Laborlux 11 | ||
Microscope: objective | Leitz Wetzlar 10x, NA 0.25 | 519760 | |
Microscope: eypieces | Leitz Wetzlar, Periplan 10x/18 | 519748 | |
Microscope: stage | Leitz Wetzlar | 513544 | |
Multibarrel capillary | N/A | Available from: A-M systems, Inc | 612000 |
Sinlge barrel capillary (GC 150F-10) | Harvard Apparatus | Available from: Harvard Apparatus | 30-0057 |
Vertical puller | Narishige model PE-2 | ||
Custom made elements of the Micro-manipulator (marked light blue in Figure 1) | |||
steel plate | |||
tilting base | |||
attachment for electrode holder | |||
Table 2. Manufacturers and item numbers of all equipment and supplies used in the procedure. |