肌肉感觉神经元参与本体感受器的信号,并在代谢状态和伤害相关的事件报告。我们描述了成年小鼠的体外肌肉神经准备在拉伸激活肌肉传入的研究。
肌肉感觉神经支配肌梭和高尔基腱器官编码的长度和力量的变化必需的本体。额外传入纤维监视其他特征肌肉环境,包括代谢物的积累,温度,和感受伤害的刺激。总体而言,感觉神经元的异常激活可能导致运动障碍或慢性疼痛综合症。我们描述趾长伸肌(EDL)的肌肉和神经的,在成年小鼠拉伸诱发传入的反应在体外研究中的隔离。感官的活动记录从神经与抽吸电极和个人传入可以用秒杀排序软件进行分析。 体外准备允许在感觉传入了很好的控制研究没有麻醉的潜在的困惑或改变肌肉的灌注。在这里,我们描述了一个协议来识别和测试肌梭传入响应舒展。重要的是,这种准备还支持肌肉的传入,响应特性下列药物的应用和强大的遗传方式和疾病模型小鼠中掺入其他亚型的研究。
骨骼肌是由感觉神经元提供对中枢神经系统具有对肌肉环境的重要信息支配。肌梭是高度专业化的梭内肌纤维分布在梭外肌纤维平行的由封装结构。主轴是由集团IA和II传入编码改变肌肉的长度和梭内纤维音通过动态伽玛支配运动神经元1规定支配。 Ib族传入位于肌纤维和它们的肌腱插入之间,并且在肌肉2收缩的变化,肌肉力量,例如敏感。第Ia,Ib和II传入提供有助于适当的电机控制本体的反馈。位于整个肌肉肌肉传入的附加种群(组III和IV),用于发信号的代谢物的积累,伤害性刺激的存在下,和肌肉温度<sup> 3。此肌肉感觉信息是维持体内平衡,防止肌肉损伤和调节运动的关键。肌肉的传入可以根据以往的经验4改变他们的射击模式。伤害感受器的活化可导致慢性疼痛状态5和从肌肉本体感受器异常信号的诱导可导致问题的平衡或运动6。我们使用的分离的肌肉神经的体外制备,研究肌肉感觉神经元受体末梢从两种性别的成年小鼠的响应(示出的是从2-4个月大的C57BL / 6小鼠的响应)。鼠标是模型的遗传物质在哺乳动物的研究。这种准备需要坐骨神经腓深支和趾长伸肌(EDL)的肌肉,小腿外侧部发现腓骨组的快肌的隔离。该EDL经常用于研究肌肉收缩特性7-9,具有德ndons,很容易分离和足够小,以允许足够的扩散供氧在休息和合理的收缩工作周期10。其他的肌肉在这个区域(例如比目鱼肌和胫骨前肌)具有类似尺寸的和该制剂可以很容易地修改从这些肌肉传入记录。一吸入电极被放置在神经记录肌肉感觉传入神经烧成的切断端。单个神经元可被识别和分析的基础上使用穗排序软件的尖峰形状。刺激在洗澡或对神经的电极可用于唤起肌肉收缩。肌肉长度和力可以被控制,并使用市售的系统测得的。类似体外制剂已被用于在啮齿动物研究III族和第IV肌肉传入在大鼠EDL 11,Ia族和II梭传入在大鼠第四蚓状趾肌12和III族和第IV肌肉传入的叔他鼠标跖肌13。
一种体外系统具有药理访问和直接控制如温度和pH值灌洗液和物理变量的优点。 体外方法消除体内的潜在混淆的麻醉和肌肉的灌注状态。而肌肉的神经制剂允许的扰动对传入的直接反应的研究中,研究主轴敏感度等综合应对伽玛传出调制的能力是可以在体内14或离体3准备的牺牲有这个准备没有神经元胞体。
这种准备是以前用来表征鼠标肌梭传入到斜坡的电池反应并保持伸展和震动,它被确定鼠标梭传入responsES类似于所报告的其他物种例如大鼠,猫和人类。鼠标梭传入的反应被认为是在两个24°C和34℃的水浴温度相似,虽然在34℃的绝对发射率和更快的传入更能够更快地响应长度变化15。我们在下面说明如何编写可用于确定和研究的肌梭传入。此外,该制剂可以很容易地进行修改,以研究其他肌肉传入神经 亚型13的响应,以响应于药物或疾病状态或分类的其他变量( 例如年龄,性别,基因敲除)比较感觉传入的属性。
这篇文章的目的是描述了一种从肌梭传入在一个孤立的小鼠肌肉,神经的准备记录。我们已经发现,小鼠梭传入响应类似于伸展那些从大鼠,猫和人15,和其它的实验室已经使用小鼠作为模式生物研究中均肌肉和体外的皮肤感觉神经元(例如3,13) 。
肌肉感觉传入可以在两个24°C和34°C的记录至少6-8小时。以最小化处理的EDL和神经,使用FHL的剩余部分,以处理组织只要有可能。以下的夹层,等待至少1小时,以启动数据收集,以使组织平衡到浴温度和正常的突触传递,以进行恢复。先前,肌肉健康是在此制备中所用的肌肉的子集,通过确定最大强直禁忌验证由肌肉产生的ctile力是类似的报告由他人在实验15的开始和结束。
肌梭传入进行功能识别在该制备通过在烧制响应于抽搐收缩( 图2)寻找一个特性停顿以及预期的瞬时频率增加响应长度的变化( 图3)。根据我们的经验,大多数传入那团火在控制条件是肌梭传入。保留在该制剂(〜7毫米最大)的神经的长度不够长以使用传入传导速度的差异,以确定肌肉传入神经 亚型13。此外,不像猫和人类的动态灵敏度措施未能明确区分组IA和II传入小鼠(进一步讨论见威尔金森等人。15)。传入的其他亚型( 即,,第III族和第IV)添加物质,如辣椒辣素,ATP,或缓激肽,降低染液的pH,暴露肌肉局部缺血等 3,13,21-23在此制备使用附加的功能测试可以被识别,例如使用抽吸电极可以从多个感觉神经元的活动被记录一次,这增加了数据,这些数据可以从一个单一的肌肉被收集量。该制剂可用于衡量对感觉神经元群体的反应或识别传入的响应扰动的整体效果。如果尖峰形状是独特的是,高达4的感觉神经元可以通过软件进行鉴别(两者的Spike2(剑桥电子设计)和LabChart临(AD仪表)也同样进行)。在神经细胞不能够被辨别的情况下,改变在电极放置或尖端直径可以很容易地实现。
总之,鼠标肌肉神经体外 preparATION是一个简单的实验方法可用于研究的肌肉感觉传入的响应特性,以各种物理化学的干扰,损伤和疾病模型。此外,该制剂特别适合于利用在小鼠中可用的功能强大的遗传工具,包括转基因动物和光遗传学工具的优点。
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by a California State University Program for Education and Research in Biotechnology (CSUPERB) New Investigator Grant (KAW), a grant from Pfizer (WS753098, SH), and an NIH MARC fellowship (#2T34GM008253-21, JAF). The authors would like to thank Michael Sawchuk, Anusha Allawala, Nina Bubalo, Remie Mandawe and Peter Nguyen for their technical support.
Force and Length Controller & Tissue Bath | Aurora Scientific, Inc. | 300C-LR & 809B-IV | |
Masterflex L/S Digital Drive Perfusion Pump & Easy Load II Pump Head | Cole Parmer | EW-07523-80 & EW-77200-60 | |
2 Channel Microelectrode AC Differential Amplifier & Headstage Amplifier | A-M Systems | Model 1800; 700000 & 700500 | |
Simulator | Grass OR Aurora Scientific, Inc. |
S88 OR 701 C |
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Dissecting Microscope | Swift | 892070 | |
Fiber Optic Light Source | Fiberlite | Model 190 | |
Analog to Digital Board | AD Instruments | PL3508/P (PowerLab 8/35) | |
Data Acquisition & Analysis Software | AD Instruments | LabChart Pro 7 | |
Electrode Holder | A-M Systems | 672445 | |
Electrode Glass | Dagan | SA16 | |
Electrode Puller | Sutter Instrument Co. | P-80/PC | |
Microforge | Narishige | MF-9 | |
Isoflourane | MWI Veterinary Supply | 18627 | |
Surgical Tools | |||
Large Dissecting Scissors | Fine Science Tools | 14014-17 | |
Large Forceps | Fine Science Tools | 11000-12 | |
Large Spring Scissors | Fine Science Tools | 15006-09 | |
#5 Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
#55 Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | |
Sharp Scissors | Fine Science Tools | 14059-11 | |
6-0 Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | |
Chemicals for Low Calcium- High Magnesium aCSF and SIF (Low Calcium solution is equilibriated with 95% 02/5% C02 gas and pH of 7.4 ± 0.05; SIF is equilibriated with 100% 02 gas and pH of 7.4 ± 0.05) |
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Sodium Chloride | Sigma | S9888-1KG | |
Magnesium Sulfate Heptahydrate | Sigma | 230391-500G | |
Calcium Chloride Dihydrate | Sigma | 223506-500G | |
Sodium Gluconate | Sigma | S2054-500G | |
Sodium Phosphate Monobasic | Sigma | S8282-500G | |
Glucose | Sigma | G5767-500G | |
Sucrose | Sigma | S5016-500G | |
HEPES | Sigma | H3375-250G | |
Potassium Phosphate Monobasic | Sigma | P0662-500G | |
Potassium Chloride | Sigma | P3911-500G | |
Sodium Bicarbonate | Sigma | S6014-500G |