מאמר זה מתאר את ההקלטה של תאים בודדים מאוכלוסיות העצבית מתויג fluorescently ברשתית עכבר ללא פגע. באמצעות שני הפוטונים עירור בתאי אינפרא אדום שכותרתו transgenetically היו מטרה הקלטה תיקון-clamp ללמוד לאור התגובות שלהם, מאפייני שדה פתוח, ומורפולוגיה.
ללמוד את המאפיינים פיזיולוגיים קשרים סינפטיים של נוירונים ספציפיים ברקמות שלמות היא אתגר עבור אותם תאים חוסר תכונות מורפולוגיות בולט או להראות צפיפות אוכלוסין נמוכה. זה חל במיוחד amacrine תאים ברשתית, מעמד יוצא דופן של רב צורות interneurons המרכיבים בערך 30 תת ביונקים 1. למרות היותו חלק חיוני של עיבוד חזותי על ידי עיצוב פלט הרשתית 2, רוב תת אלה לא נחקרו עד כה בהקשר פונקציונלי כי המפגש התאים האלה עם אלקטרודה ההקלטה היא אירוע נדיר.
לאחרונה, מספר רב של קווי עכבר מהונדס זמין המבטאים סמנים ניאון כמו חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) תחת שליטתו של היזמים עבור קולטני קרום או אנזימים ספציפיים משנה בלבד של נוירונים רקמות נתון 3,4. אלה מראש שכותרתו תאים ולכן הם accessibl דואר אל microelectrode ביים מיקוד בשליטה מיקרוסקופיים, המתיר לימוד שיטתי של מאפיינים פיזיולוגיים שלהם באתרם. עם זאת, עירור של סמנים ניאון מלווה בסיכון phototoxicity עבור רקמת החיים. ברשתית, גישה זו היא בנוסף הקשו על ידי הבעיה האור גורם עירור גירוי מתאים של קולטני האור, ובכך גרימת photopigment הלבנת והעברת מעגלים רשתית למצב האור מותאם. חסרונות אלה להתגבר באמצעות עירור אינפרא אדום נמסר על ידי לייזר במצב נעול בפולסים קצרים של טווח femtosecond. עירור שני פוטון מספקת מספיק אנרגיה עבור עירור fluorophore ו באותו זמן מגבילה את עירור לנפח רקמה קטן למזער את הסיכונים של נזקי 5. כמו כן, הוא עוזב את הרשתית מגיבים לגירויים חזותיים מאז אור אינפרא אדום (> 850 ננומטר) נספג היטב רק על ידי photopigments 6.
<p class = "jove_content"> במאמר זה אנו מדגימים את השימוש של הרשתית עכבר מהונדס להשיג אלקטרו בהקלטות באתרו של ה-GFP-להביע תאים ממוקדות חזותית על ידי עירור שני הפוטונים. הרשתית היא מוכנה ומתוחזק בחשכה יכול להיות חשוף לגירויים אופטיים אשר מוקרנים דרך הקבל של המיקרוסקופ (איור 1). Patch-clamp הקלטה של תגובות אור ניתן לשלב עם צבע מילוי כדי לחשוף את המורפולוגיה כדי לבדוק לצבוע הפער צומת בתיווך צימוד תאים שכנים, כך תא היעד יכול ללמוד על רמות על ידי ניסויים שונים.שיטה זו מציעה את האפשרות ללמוד את התכונות החשמליות של נוירונים ספציפיים ברשתית שלם תחת הדרכתו חזותי ללא השפעה על מצב adaptational של הרשתית. זה מתאים במיוחד עבור אפיון של התאים כיום למד די רע בשל צפיפות אוכלוסין נמוכה כמו רוב אוכלוסיות של תאים amacrine. שני הפוטונים עירור היתרי הדמיה ברזולוציה גבוהה וניגודיות גבוהה אפילו ממקומות עמוקים יותר של הרקמה 17, תנאי הכרחי מיקוד מדויק ומוצלח תיקון-clamping של תאים בעיקר INL עם צפיפות גבוהה של גופי התא.
הרשתית עכבר מבודד הוא בר קיימא עבור 3-4 שעות תחת תנאי הניסוי. אם הרשתית השני הוא מאוחסן בחושך מוחלט תחת בגז carbogen רציפה, הוא שומר את הצבע הסגול של photopigment מולבן וניתן להשתמש בו לאחר סיום ניסויים הרשתית הראשונה. בהתחלה, מיקודהתא הנבחר עם micropipette ב wholemount הרשתית היא קצת מאתגרת דורש קצת תרגול, במיוחד כאשר עובדים בחושך. כולל צבע פלואורסצנטי ב micropipette יכול לפשט את ההליך, כי התא micropipette גלויים תחת עירור שני פוטונים באותו זמן. עם זאת, הוספת רכיבים לפתרון תאיים עשוי לעכב היווצרות gigaseal או לגרום את איכות ההקלטה לסבול. לאחר שהושגו בהצלחה, הקלטה טובה יכולה להימשך כ 1 ח
בעוד האור עירור אינפרא אדום עצמו נספג היטב רק על ידי קולטני האור ברשתית, נרגש GFP-לבטא בתאי פולטים אור בחלק הנראה של הספקטרום. עם זאת, fluorophores שמחים רק בנפח מוקד קטן אינו צפוי לשנות את המצב adaptational של הרשתית. כל עוד, עירור נדרשת רק המיקוד יכול להיות כבוי במהלך ההקלטה של תגובות אור.
UsefulnESS של גישה זו באה לידי ביטוי כבר על ידי מחקרים על אוכלוסיות ספציפיות של תאים amacrine 14,18 שממנו הקלטות אלקטרו אחרת היה אפשרי רק במקרה 12. לבסוף, טכניקה זו עוצמה נוספת יכולה להיות מורחבת על ידי כולל גישה תרופתי 14, Ca 2 + הדמיה 19 או באמצעות התאים מוזרקים ללימודי immunocytochemical או במיקרוסקופ אלקטרונים. בדרך זו, עמדת תפקודית של סוג תא נתון המעגלים ברשתית יכול להיות פרומים.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי Forschungsgemeinschaft דויטשה (WE849/16 1 / 2 עד KD ו RW). אנו אסירי תודה תומאס אוילר (Töbingen, גרמניה) עבור QDs תוכנה גירוי האור.
Reagent/Equip-ment | Company | Catalogue number | Comments |
---|---|---|---|
Night-vision goggles | Gutzeit GmbH, Warthausen, Germany | Xtron F1 | includes a 800 nm light source |
Optical filter | Schott, Mainz, Germany | RG9 | longpass filter with cutoff at 690 nm |
Iris scissors | Fine Science Tools | 14061-09 | curved with 22 mm blade |
Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-00 | straight with 3 mm blade |
Recording chamber | Luigs & Neumann GmbH, Ratingen, Germany | 200-100 500 0180 type A(TC) | Teflon chamber with bottom-mounted glass cover slip (approx. 0.15 mm; No. 200-100 500 0182) |
Flow heater | Multichannel Systems, Reutlingen, Germany | PH01, TC01 | heatable perfusion cannula with temperature sensor and temperature controller |
Laser scanning microscope | Leica Microsystems | DM LFS | controlled by Leica Confocal Software |
Air table | Newport | VH 3036W-OPT | |
Laser | Spectra-Physics | Tsunami Mode-locked Ti:sapphire laser | |
CCD camera | pco AG, Kelheim, Germany | PixelFly QE | including control software |
Micropipette glass capillaries | Hilgenberg, Malsfeld, Germany | 1408411 | |
Micropipette puller | Sutter Instrument | P-97 | |
Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-20004 | fluorescent dye |
Neurobiotin | Axxora | VC-SP-1120-M050 | non-fluorescent tracer |
Streptavidin-Cy3 | Dianova | 016-160-084 | |
Micromanipulator | Luigs & Neumann GmbH, Ratingen, Germany | 210-100 000 0010 | motorized Mini25 manipulator unit with display SM-5 |
Patch-clamp amplifier | npi electronic GmbH, Tamm, Germany | SEC-05LX npi | |
Digitizer | National Instruments | BNC-2090 | |
Data acquisition software WinWCP | John Dempster, University of Scotland, Glasgow, UK | http://spider.science.strath. ac.uk/sipbs/ software.htm | |
Visual stimulus generator QDS | Thomas Euler, University of Tübingen, Germany | has to be operated on a separate computer controlling 2 monitors (user interface, stimulus monitor) | |
Neutral density filters | ITOS, Mainz, Germany |