このプロトコルは、最適化されたNの実装方法を示します-メチル-D-glucamine (NMDG) 保護回復法脳スライス標本。1 つのメディアの定式化は、確実にあらゆる年齢層の様々 な実験用の動物から健康な脳のスライスを取得する使用されます。
このプロトコルはNへの実用的なガイド-メチル-D-glucamine (NMDG) 保護回復法脳スライス標本。多くの最近の研究は、神経保存と全体的な脳スライスの生存率を高めるためのこの方法の有用性を検証しました。早期導入によるこの技術の実装は、脳機能を実験的、多様なアプリケーションを使用して、動物の年齢、脳領域、および細胞のタイプの広い範囲にわたる詳細な調査を促進しています。NMDG 人工髄液 (アプライド) メディアの最適化された定式化と強化されたプロシージャを使用して確実に入手できるパッチ クランプ電気生理学のための健康な脳スライス保護回復脳スライス技術を実施するための手順のとおりです。この更新方法は、速度の大幅な改善が観察され、gigaohm の信頼性シール対象パッチク ランプ優れた神経保存、それにより挑戦的な促進を維持しながら実験を記録中に形成実験アプリケーション。代表的な結果は、若い大人のトランスジェニック マウスと成熟した大人の人間脳神経外科標本から調製した新皮質脳スライスのシナプス接続多ニューロン パッチク ランプを試金する実験の記録から提供されています。さらに、脳スライスの最適化された NMDG 保護回復法はこのように独自の方法論の限界を解決する少年と成人の両方の動物と互換性が。要約すると、様々 な種や優れた生存率および組織の保全を達成するために年齢の間で 1 つのメディアの定式化と脳スライス手順を実装できます。
急性脳スライス標本は、神経科学における重要な実験系です。約半世紀のこのプラットフォームがさまざまな解剖学的な脳領域と動物種の間で動的生きている脳機能学を有効に。かどうかは、目的のアプリケーション生化学、機能イメージ投射、形態、または電気生理学は、最適な整合性とスライスした組織の生存を確保する最も重要なのです。それは、高い弾力性のある少年の齧歯動物の脳スライス標本 (すなわちマウスの生後 30 未満) の日付に最も好ましいいるこの理由です。成熟した大人からスライスの十分に健康な脳を得ることが困難とほとんどの手ごわい挑戦をあると証明した動物を高齢化し成熟した脳の機能的な建築を勉強するための厳しい制限を課しています。これは特にパッチク ランプ記録、優秀な形態および機能の保全を必要とし、特定された単一ニューロンの組み込みとシナプスの詳細なプロパティを特徴付けるために不可欠な技術に当てはまります。過去数十年間パッチ クランプ electrophysiologists の大半は少年とはるかに低い健康な脳スライスを準備するためショ糖置換低 Na+アプライド1を使用して ‘保護切断’ メソッドに依存しています。程度、若い大人動物。このメソッドはパッシブ Na+流入とそれに続く水の侵入と細胞のスライス切断段階膨張がそれらのニューロンにあるため特にニューロンの貧しい人々 の生存につながる優勢な侮辱をあるという前提に基づいて、ブレードの動きから直接の外傷を維持する可能性が最も高い浅層。しかし、保護加工法はまだ実装されている特定のアプライドの定式化に関係なく成熟した大人の動物から脳スライス標本を望まれるべき多くを残します。
この問題にシンプルだが効果的なソリューションがされている2,3,4,5,6を説明し、’保護回復’ 脳スライス法と呼ばれます。このメソッドの元のバージョンは、NMDG は、最も汎用性と様々 な他候補ナトリウム イオンの代替品 (スクロース、グリセリン、コリン、トリスなど) の間で効果的なとして同定された NMDG 置換のアプライドを使用します。メディアの定式化は、脳スライス浮腫に抵抗し、強力な pH7第をバッファリングを提供 HEPES 添加と酸化ストレス (表 1) の有害な影響を打ち消すためにサプリメントの添加によってさらに強化されました。それ、経験的に決め、最初の回復培養ステップ低 na+、低 Ca2 +、高 Mg2 + NMDG アプライド必要かつ充分にいた大人の脳組織スライス直後後が神経改善動物年齢3,5,6細胞の種類、脳の広い範囲にわたって保全。
特に、何が今保護回復法と呼ばれる以前の化身は文学1,8,9,10、11,12,で見つけることができます。13、完全な成熟した大人、動物の脳のスライスとパッチ ・ クランプ記録を高齢化はなかったが認識またはこれらの初期の作品で実証します。さらに、微妙な手順のバリエーションは、実験用途4,14,15,16を支持して出てくる続けます。これらの多数の研究グループの仕事の集合体は、改良された組織保存の保護回復法のロバスト高信頼を付与します。NMDG 保護回復法今広く採用され大人動物脳スライス標本を用いた多くの研究発表研究で実装されています。これらの急性スライス研究にまたがる新皮質3,17,18, 海馬15,19,20,21, 線条体22,23,24 日、中脳25,26,27,28,29, と後脳30,31,32,33,34領域、およびさまざまな神経伝達物質や神経調節物質のグルタミン酸作動性4,30, gaba 作動性18,20,31,35 など ,36, ドーパミン24,29,37,38, コリン作動性14,37,38, 39、40ノルアドレナリンとセロトニン27,28神経伝達。メソッドはトランスジェニック動物3,39または生体内でウイルス注射17,27、次の派生のスライスにおける神経活動の光遺伝学的制御に適しています 28,40,41,42,43, 神経活動244,の機能的な Ca2 +イメージングとして ,,4546。短期可塑性4,47,48と長期的な可塑性16,35,48の多様な形態の解析がされています。報告しました。最近の研究は広範かつ系統的な構成49を記録 octopatch を使用して成熟した成体マウスの脳スライスの視覚野のシナプス接続のプロービングを容易にする NMDG 保護回復法を適用-強力なこのメソッドの堅牢性とユーティリティのデモンストレーション。保護回復法は、血管および成人の大脳皮質脳スライス50、パッチク ランプ記録から周の保存性の向上など、以前不測の実験的コンテキストで正常に適用されているも1-1.5 歳アルツハイマー病マウス モデル20と、成人の脳スライス受容体輸送アッセイ51介在ニューロン集団を移植しました。
次のプロトコルでは、急性の脳スライスの生存率を改善するために脳スライス標本の最適化の NMDG 保護回復メソッドを実装するための手順について説明します。この複雑な多ニューロン パッチ クランプ若い大人トランスジェニック マウスの脳スライスと成熟した大人の両方の実験を記録手法の明確な利点のデモだけでなく、神経保存性の向上のための原則を紹介します。脳神経外科脳スライス。成人患者から派生した人間の脳標本はして、次のプロトコルを 1 つ以上歳 21 日古いからマウスのも検証されています。
Na+スパイクの Gigaohm シール形成とパッチク ランプ記録の成功を向上させます。
NMDG 保護回復法の初期バージョンは、成人・高齢の動物2,5用に設計されました。一部のアーリー アダプターの少年動物脳スライスにこの方法論を適用しようとしているも (すなわち、マウス < 30 日古い)。しかし、優れた目視により確認神経保存この年齢範囲の NMDG 保護回復法を用いたと対照をなして gigaohm シール形成できます頻繁失速、パッチク ランプ失敗した試行を記録するリードが指摘されています。1 つの仮説は、NMDG 陽イオンより容易に成人の脳のスライスに対する若年脳スライスに閉じ込められているシールの形成を妨げることができます。しかし、少年の脳スライスが NMDG アプライド (データは示されていない) で完全に水中に沈む中 gigaohm シールが形作ることができる容易に、こうしてを示すその NMDG アプライド自体を妨害されていない gigaohm シール形成。
低-高 Na+ソリューション初期脳スライスの回復手順の完了時からの急速な転移神経細胞膜に損傷を引き起こすし、シールの形成過程を摂動します。低-高 Na+、冷たい・暖かい温度、および Ca2 +の劇的な上昇から Mg2 +比への移行は、総称して自発的なシナプスの大規模な復活につながることを考えれば、これは直感的。この抑制のリバウンド局面がプロシージャをスライス脳では虚血性の侮辱の後再灌流障害を反映する可能性が。したがって、さらに Na+ NMDG 保護回復培養室内濃度分布の標高はゆっくりと漸進的な Na+スパイクのプロシージャが組み込まれています最初の回復段階で神経細胞膜の損傷を軽減します。再現性をもって正確なタイミングに昇格。元の保護回復プロシージャように温度から Na+の高度と Ca2 +/Mg2 +比昇格一時的な解離は有益です。さらに、Na+スパイクの手続きが早い時点と脳組織が生じます、遅い時間ポイントに向かって大きく細胞外の Na+濃度が小さい増加につながるが、Na+濃度の上昇に合わせてより良い機会。この手順は、段階的なソリューション exchange に代わる制御灌流ポンプまたは重力によって点滴ライン Na+レベルの定数の増加につながる、流入と流出スライス チャンバーのオーバーフローを避けるために注意が必要です。特に、この Na+でスパイクの手続きスライス チャンバーに溶液の浸透圧次第にスライスは通常浸透圧溶液に返されますが、これはない健康に悪影響スライスする前に数分間の期間または、パッチク ランプ記録成功。高浸透圧切削ソリューションより良い、この一時的なパッチ クランプ記録57,58, 真正のドーパミン神経細胞を維持するために脳スライス標本で以前使用されていますhyperosmolality は、いくつかの文脈に有益である可能性があります。
NMDG 保護回復法と段階的な Na+最適化されたプロシージャを実装することで成熟した大人の動物の年齢層を介して少年をカバーするスパイクのステップこの脳スライスの方法論のユーティリティを拡張されています。この更新されたプロトコルは、単一の最適な NMDG アプライド定式化およびプロシージャを使用して動物の年齢の広い範囲に適しています今。必要に応じて、徐々 に長く遅延および/またはより古い動物から脳スライスの生存率を高める遅い時間コースと Na+スパイクの手続きを適用でき、推奨は、スパイクでのよるとスケジュールの基本的なガイドを提供しています。動物に年齢 (表 2参照)。一方、我々 は、幅広いアプリケーションに適した基本的なフレームワークを提供している、生存率と脳スライス成人・高齢の動物からの寿命をさらに強化するため追加の高度な手順を調べることができます。たとえば、グルタチオン復元戦略はこの点に特に効果的し、2,6を他の場所で説明されているように実装することができます。
実験に挑戦のためのスループットの向上
パッチ ・ クランプ記録によってシナプス結合の解析は、成功の高い信頼性を実現するために神経細胞の構造と機能の両方の優秀な保存を必要とする要求の厳しいアプリケーションです。同時に記録されるニューロンの数として上がるまで直線的にスープラ-直線的技術的な難しさのレベルが 。多数の障害モードがあります、障害の最も頻繁な原因の 1 つ 1 つまたは複数の標的細胞に十分な gigaohm 印を結びができません。進行状況、特に 3 時が大幅に低下することができますこのまたはより多くのニューロンを同時に記録する必要があります。高速の発見と一致 gigaohm 最適化された NMDG 保護回復法と形成時間をシール、トランスジェニック両方の大人と成功率と多ニューロン パッチク ランプ実験のスループットに著しい改善があったマウスの脳スライスおよび成人の脳神経外科脳スライス。効率の向上より迅速かつ信頼性の高い gigaohm シール形成とこのプロトコルとスライスの神経保存性の向上の両方にほとんど確かに起因します。このプロトコルは、パッチク ランプ記録アプリケーションを明示的に利点に焦点を当て、脳スライスの生存が最優先他の挑戦的な実験アプリケーション同様の利益が予想されます。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、頭脳科学のためのアレンの協会によって賄われていた。著者のアレンの協会創設者、ポール g. アレンとジョディのアレン、ビジョン、励まし、サポートに感謝したいです。また、動物の世話、飼育、遺伝子型を実行するためのアレンの協会テクニカル サポート スタッフを感謝いたします。
Compresstome VF-200 | Precisionary Instruments | VF-200 | Vibrating tissue slicer (recommended) |
N-methyl-D-glucamine | Sigma Aldrich | M2004 | aCSF constituent |
Sodium Chloride | Sigma Aldrich | S3014 | aCSF constituent |
Potassium Chloride | Sigma Aldrich | P5405 | aCSF constituent |
Sodium Phosphate monobasic dihydrate | Sigma Aldrich | 71505 | aCSF constituent |
Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | aCSF constituent |
HEPES | Sigma Aldrich | H4034 | aCSF constituent |
Glucose | Sigma Aldrich | G7021 | aCSF constituent |
Sodium Ascorbate | Sigma Aldrich | A4034 | aCSF constituent |
Thiourea | Sigma Aldrich | T8656 | aCSF constituent |
Sodium pyruvate | Sigma Aldrich | P5280 | aCSF constituent |
Calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | C7902 | aCSF constituent |
Magnesium Sulfate heptahydrate | Sigma Aldrich | M1880 | aCSF constituent |
2,2,2-Tribromoethanol | Sigma Aldrich | T48402 | Anesthetic component 1 |
2-methyl-2-butanol | Sigma Aldrich | 240486 | Anesthetic component 2 |
Curved blunt forceps | Fine Science Tools | 11065-07 | Brain dissection tools |
Fine dissecting scissors (supercut) | Fine Science Tools | 14058-09 | Brain dissection tools |
Large heavy duty scissors 7'' | Fine Science Tools | 14000-18 | Brain dissection tools |
Metal spatula | Sigma Aldrich | Z511455-1PAK | Brain dissection tools |
Razor blades | VWR | 89031-954 | Brain dissection tools |
Brain Slice Keeper-4 | Automate Scientific | S-BSK4 | brain slice holding chamber |
nylon netting | Warner Instruments | 64-0198 | For building small slice recovery chambers |
Pyrex glass beakers (250 mL) | VWR | 89090-434 | For building small slice recovery chambers |
35 mm plastic dish, round | VWR | 100488-376 | For building small slice recovery chambers |
Gas diffuser stones (10 µm) | Sigma Aldrich | 59277 | For constant carbogenation (fine bubbles) |
Agarose Type I-B | Sigma Aldrich | A0576 | For embedding brain specimens |
Micro loader tips | Eppendorf | 22491229 | For filling patch clamp electrodes |
Sylgard | VWR | 102092-312 | For making a custom dissecting platform |
Hydrochloric acid | Sigma Aldrich | H1758-100ML | For pH adjustment of media |
Sodium Hydroxide | Sigma Aldrich | 221465-25G | For pH adjustment of media |
Potassium Hydroxide | Sigma Aldrich | 221473 | For pH adjustment of media |
Plastic transfer pipets 3 mL graduated | VWR | 89497-676 | For slice transfer |
Zirconium ceramic injector blades | Cadence Specialty Blades | EF-INZ10 | http://cadenceinc.com/ |
KG-33 borosilicate glass capillary w/filament | King Glass Company | custom quote | ID: 0.87mm, OD 1.50mm |
Biocytin | Sigma Aldrich | B4261 | Intern pipette solution |
Phosphocreatine disodium | Sigma Aldrich | P7936 | Intern pipette solution |
Potassium Gluconate | Sigma Aldrich | G4500-100G | Intern pipette solution |
EGTA | Sigma Aldrich | E3889 | Intern pipette solution |
Mg-ATP | Sigma Aldrich | A9187 | Intern pipette solution |
Na2-GTP | Sigma Aldrich | 51120 | Intern pipette solution |
sucrose | Sigma Aldrich | S0389 | Intern pipette solution |
Heated water bath (2.5L) | VWR | 13491-060 | Miscellaneous |
Filter paper rounds | VWR | 28456-022 | Miscellaneous |
Cyanoacrylate glue | Amazon | B000BQRBO6 | Miscellaneous |
Glass petri dish | VWR | 89000-326 | Miscellaneous |
10X Phosphate buffered saline | Sigma Aldrich | P5493 | Miscellaneous |
30 mL syringes | VWR | BD302832 | Miscellaneous |
1 mL syringes | VWR | BD-309628 | Miscellaneous |
25 5/8 gauge needles | VWR | 89219-292 | Miscellaneous |
Thermomixer (w/1.5 mL tube block) | VWR | 89232-908 | To keep agarose molten |