Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Gelijktijdig Intracellulaire opnemen van een lumbale motoneuron en de kracht die door de motor in de volwassen muis Published: December 5, 2012 doi: 10.3791/4312

ERRATUM NOTICE

Summary

Deze nieuwe methode maakt het gelijktijdig intracellulaire opname van een volwassen muis motoneuron en de meting van de kracht die door de spiervezels. De gecombineerde onderzoek van de elektrische en mechanische eigenschappen van motoreenheden in normale en genetisch gemodificeerde dieren is een doorbraak voor de studie van het neuromusculaire systeem.

Abstract

De spinale motoneuron al lang goed model voor het bestuderen neurale functie omdat het een neuron van het centrale zenuwstelsel met de voordelen van (1) met omlijnd targets (spiervezels) en dus met een zeer bekende functie (spier contractie beheersen); (2) is de convergente doelwit van vele spinale en dalend netwerken, vandaar de naam "uiteindelijke gewone weg", en (3) met een grote soma die het mogelijk maakt om te penetreren met scherpe elektroden intracellulaire . Bovendien, als in vivo, is het mogelijk tegelijkertijd de elektrische activiteit van de motoneuronen en de kracht die door de spier targets. Uitvoeren intracellulaire opnamen van motorneuronen in vivo daarom het experimentator in de unieke positie te kunnen bestuderen, tegelijkertijd, alle compartimenten van de "aandrijving" (de naam van de motoneuron, het axon ende spiervezels het innerveert 1): de ingangen afbreuk te doen aan de motoneuron, de elektrofysiologische eigenschappen van het motoneuron, en de impact van deze eigenschappen op de fysiologische functie van de motoneuronen, dwz de kracht die door de motor. Deze benadering is uitdagend omdat de bereiding niet kan verlamd en daarmee de mechanische stabiliteit voor de intracellulaire opname verminderd. Zo heeft dit soort experimenten alleen bereikt bij katten en ratten. Anderzijds kan de studie van spinale motorische systemen maken een enorme sprong of het mogelijk was om dergelijke experimenten in normale en genetisch gemodificeerde muizen.

Om technische redenen is de studie van de spinale netwerken in muizen meestal is beperkt tot neonatale in vitro preparaten die de motoneuronen en het ruggenmerg netwerken zijn onvolwassen, zijn de motoneuronen gescheiden van hun doelen, en toen studeerde in plakjes, de motoneurons gescheiden van het grootste deel van hun ingangen. Tot voor kort had maar een paar groepen in geslaagd om intracellulaire opnames van motoneuronen te voeren in vivo 2-4, met inbegrip van ons team die publiceerde een nieuw preparaat die ons toeliet om zeer stabiele opnamen van motoneuronen te verkrijgen in vivo bij volwassen muizen 5,6. Echter, deze opnamen verkregen in verlamde dieren, dus zonder de mogelijkheid om de kracht output van deze motoneuronen nemen. Hier geven we een uitbreiding van deze oorspronkelijke preparaat waarin we konden gelijktijdige opnamen van de elektrofysiologische eigenschappen van de motoneuronen en de kracht die door de aandrijving te verkrijgen. Dit is een belangrijk resultaat, omdat het ons in staat stelt om de verschillende types van motoneuronen te identificeren op basis van hun kracht profiel, en daardoor onthullen hun functie. In combinatie met genetische modellen te storen spinale segmentale circuits 7-9, of reproducting menselijke disease 10,11, verwachten we dat deze techniek een essentieel instrument voor de studie van spinale motorische systeem.

Protocol

1. Stap een

Preanesthetisch medicatie: 10-15 min vóór de inductie van de anesthesie, injecteren atropine (0,20 mg / kg) en methylprenidsolone (0,05 mg) subcutaan te kwijlen en oedeem respectievelijk voorkomen.

2. Stap twee

Inductie van anesthesie: injecteren pentobarbitalnatrium (70 mg / kg) of een mengsel van ketamine / xylazine (100 mg / kg en 10 mg / kg) intra-peritoneaal. Laat de muis gaan onder tot er geen teen knijpen reflex kan worden verkregen. Als de verdoving lijkt te licht, aangevuld met 1/4 van de dosis.

3. Stap drie

* Opmerking: deze operatie is een terminal procedure.

Wanneer een chirurgische vlak van anesthesie is bereikt, brengt de muis op een verhoogde deken in een liggende positie.

  1. Bedek de snuit van de muis met een masker voor zuiver O 2 met een stroomsnelheid ongeveer 100 ml / min.
  2. Scheer ook het recht achterbeen.
  3. Flip de muis om rugligging maar zorg om het zuurstofmasker te laten zitten.

4. Stap vier

Zet de muis op zijn plaats met hechtingen een lus rond de ledematen en vastgezet op de vier hoeken van het werkblad.

5. Stap vijf

Plaats een temperatuursensor om de muis kerntemperatuur controleren. Pas verwarming deken / lampvermogen tot een kerntemperatuur te behouden tussen 36 ° C en 38 ° C.

6. Tracheotomie en kunstmatige beademing

  1. Met behulp van botte schaar, maken een snee boven de luchtpijp en weg te trekken van de huid aan beide zijden.
  2. Met behulp van stompe tang, verscheuren de speekselklier om twee dunne spieren (Sternohyoid) met betrekking tot de luchtpijp bloot te leggen.
  3. Met behulp van stompe tang, haal de twee muscles langs hun mediale scheiding tot de trachea onthullen.
  4. Met behulp van een Dumont 7 pincet, schuift u twee lengte van 4,0 zijden hechtdraad onder de luchtpijp.
  5. Maak een dwarse doorsnede in de luchtpijp tussen twee kraakbeen ringen, maar let op dat volledig deel van de luchtpijp.
  6. Plaats de tracheale tube de luchtpijp, zet deze dan vast aan beide zijden van de insteekopening door koppelverkoop de hechtingen over. De tracheale buis is verbonden met een muis ventilator (SAR-830/AP, CWE Inc) en een capnograaf (μcapstar, CWE Inc.) De ventilator is aangesloten, via een naleving zak met een bron van zuivere O 2. Pas de parameters van de ventilator (ademhaling 100 tot 150 slagen per minuut, end-tidal volume 170 tot 310 pi), zodat de muis niet is vechten tegen de kunstmatige beademing en het end-tidal pCO 2 is ongeveer tussen de 4 en 5%.

7. Plaatsing van de intraveneuze lijnen

  1. Met behulp van stompe dissectie technieken bloot jugularisader aan een zijde van de hals. Op dit niveau, de halsader splitst in twee grote koffers, de voorste en achterste gezicht aderen.
  2. Voer de volgende stappen twee keer, een voor elk van deze stammen:
    1. Met behulp van Dumont 4 of 5 tangen, Haal voorzichtig de ader van de omringende bindweefsel.
    2. Met behulp van Dumont 7 tang, schuift u twee lengte van 6,0 zijden hechtdraden onder de ader. scheid ze zoveel mogelijk over de lengte van de ader.
    3. Plaats een klein schip clip aan de proximale zijde van de ader (de zijde het dichtst bij het hart), en afhechten de distale zijde van de ader.
    4. Met behulp van zeer fijne iris schaar, een kleine dwarse incisie in de ader, waarbij grote zorg niet te vinden in hoofdstuk de ader volledig.
    5. Plaats een voorgevulde 1FR catheter (premicath, Vygon) in de opening tot het schip clip.
    6. Houd de ader en de katheter samen in een Dumont 4 tang, verwijder voorzichtig het schip clip en druk de katheter een paar more millimeter in de ader.
    7. Zet de catheter door dit te koppelen met beide hechtingen aan beide zijden van de insertie.
  3. Een van de katheters is verbonden met een injectiespuit of een injectiepomp van aanvullende doses anesthetica indien nodig (veelal 10-30 min). Injecteren De IV dosis hetzij 6 mg / kg natriumpentobarbital of 1250 +40 ug / kg / min van ketamine / xylazine 12. De andere katheter is verbonden met een spuitpomp voor een langzame intraveneuze infusie (50 ul / uur) van een 4% glucose oplossing die NaHCO3 (1%) en plasmion (14%).

8. Sluit het nekvel met naald en hechtdraad, en Zet de muis naar buikligging

9. Dissectie van de achterste ledematen spieren en zenuwen

  1. Met behulp van een schaar, een insnijding van de bovenkant van de dij naar de achillespees. Scheid de huid van de onderliggende spieren, zorg ervoor dat u de bloedvaten beschadigen. Cauterize indien nodig.
  2. Voorzichtig ontleden de biceps femoris. Cauterize / ligatuur als nodig is om bloedingen te voorkomen. De biceps femoris kan volledig worden verwijderd, of gewoon achterover van de nervus zenuw en de Triceps surae spieren bloot te leggen.
  3. Prepareer de Sural zenuw.
  4. Met behulp van 8/0 zijden draad, binden de distale deel van de gemeenschappelijke peroneus zenuw en snijd distaal van de knoop. Ontleden de zenuw helemaal, zo dicht mogelijk bij de heup mogelijk.
  5. Identificeer de tibialis zenuw in tussen het gemeenschappelijk peroneus en Sural zenuwen. Van de verschillende takken van de nervus tibialis, identificeren van de takken innerveren de Triceps surae uit de takken die dieper (hierna te noemen tibiale zenuw).
  6. Met 8/0 zijdedraad, binden samen alle takken van de nervus tibialis, terwijl intact houden van de takken innerveren de triceps surae. Distaal Snijd de de nervus tibialis om de knoop door en ontleden de zenuw zo ver mogelijk.
  7. Het gehele achterpoot met een gaas doordrenkt met zoutoplossing om uitdroging te voorkomen en te gaan met de volgende stap.

10. Laminectomie

  1. Met behulp van een schaar, een insnijding langs de ruggengraat. Scheid de huid van de onderliggende spieren.
  2. Maak twee insnijdingen aan weerszijden van de wervels in het onderhuidse spieren scheiden. En snijd elke pees van de spieren die hechten aan de zijde van de wervels aan elke kant.
  3. Met stompe en een fijne forceps curette, verwijder dan de rest van de spier aan de dorsale zijde van de wervels in de doornuitsteeksels om nauwkeurig elk individuele wervel.
  4. Identificeer wervels T13 en L1. T13 is de laatste wervel te hebben ribben aangesloten. De wervelkolom wziek worden geïmmobiliseerd met behulp van de Cunningham Spinal Cord vertebrale klemmen (Stoelting Co). Plaats de spinale klemmen aan beide zijden van T13 en L1. Zorg ervoor dat u het ruggenmerg samendrukken, maar zet een beetje spanning in de lengte-as. Controleer of de wervelkolom goed is beveiligd door naar beneden te drukken voorzichtig met een pincet.
  5. Met behulp van fijne rongeurs, verwijder de ruggengraat processen de laminae op T13 en L1, waardoor nog het ruggenmerg.
  6. Bedek de blootgestelde ruggenmerg met kleine stukjes van katoen of spongel ingezogen met een zoutoplossing om uitdroging te voorkomen.
  7. Plaats een op maat gemaakte kunststof bad op de top van de rug, rond het ruggenmerg. Zet het bad op zijn plaats met 4/0 zijden draad. Zorg ervoor dat het bad is waterdicht door afdichting met Kwik-Cast afdichtmiddel (WPI).
  8. Zodra de Kwik-Cast is opgedroogd, verwijdert u de katoen die het ruggenmerg, en vul het bad met minerale olie.
  9. Met behulp van Dumont 5 tangen en zeer fijn iris schaar, trek voorzichtig aan de dura mater rond het ruggenmerg, en open het zo ver mogelijk in beide richtingen. Vouw de dura aan weerszijden van het ruggenmerg.
  10. Laat de verhoogde platform waarop de muis als zodanig ligt te houden opgehangen aan de vertebrale klem.
  11. Gebruik een andere klem aan een wervel processus spinosus van het sacrale gebied aan de achterkant van het dier Draagklemsystemen.
  12. Een derde klem wordt gebruikt om de juiste achterpoot en enkel immobiliseren, gebogen in een hoek van 90 ° op de knie.

11. Achillespees Dissection

  1. Met de ledematen gebogen op 90 ° bij de knie en op de enkel, verwijder het gaas voor de achterpoot gebied, en ontleden de achillespees vrij van de omgevende weefsels. Ontleden zoveel mogelijk Triceps surae van omringend weefsel ook.
  2. Snijd de pees van de Plantaris spier in de buurt van de calcaneus, dan weer knippen om de pees volledig te verwijderen.
  3. Met behulp van een schroefdraad naald, bevestig 6/0 zijden draad door ee achillespees en maak een drievoudige knoop rond de pees.
  4. Plaats de krachtopnemer in de buurt van de knoop, knip het distale deel van de pees, en bevestig deze aan de krachtopnemer met behulp van de zijden draad.
  5. Plaats twee lengten van roestvrij staaldraad in de fascia van de triceps surae spieren. Deze draden zijn verbonden met een extracellulair AC versterker voor EMG opname.
  6. Plaats de gemeenschappelijke peroneus zenuw en de nervus tibialis op twee bipolaire haak elektroden.
  7. Plaats de Triceps surae zenuw aan de kathode van een haak elektrode, de anode raken een nabijgelegen spier.
  8. Sluit alle stimulatie-elektroden een isolatie-eenheid.
  9. Plaats een bal elektrode op het dorsale oppervlak van het ruggenmerg, aangesloten op een extracellulair AC versterker koord dorsum potentialen nemen. Plaats een Ag / AgCl referentie-elektrode in contact met de rugspieren.

12. Stap Twaalf

Stimuleren van de triceps surae zenuwmet een 50 vierkante psec puls van toenemende intensiteit bij een lage frequentie (<1 Hz) tot maximum twitch amplitude wordt waargenomen. Verplaats de krachtopnemer de spier rekken tijdens het bewaken van de amplitude van de spierrespons tot twitch amplitude maximaal is.

13. Intracellulaire Opnames van motorneuronen

Vanaf dit punt worden standaard elektrofysiologische technieken gebruikt om een ​​intracellulaire elektrode bereiden, een neuron dringen in het ruggenmerg en het identificeren als een motoneuron.

  1. Trek een glas micropipet om een ​​~ 1 micrometer spuitkop en een pipet trekker (P-97 Micropipet Puller, Sutter Instruments). Vul de elektrode met een 3M oplossing KCl (weerstand van de elektrode 10-20 MQ).
  2. Met een micropositioner, rijdt de micropipet aangesloten op een intracellulaire versterker (Axoclamp 2B, Axon Instruments) in het ruggenmerg. Controleer de locale veldpotentialen opgewekt door de stimulatie van each zenuw naar de motor pool van de triceps surae vinden.
  3. Voorzichtig benaderen vermeende motoneuronen, terwijl het toezicht op de weerstand van de micro-elektrode. Wanneer duwen tegen een membraan, de weerstand verhoogt. Penetratie kan soms worden vergemakkelijkt door gebruik te maken van de "buzz"-functie van de intracellulaire versterker.

14. Euthanasie Procedure

Aan het eind van het experiment wordt het dier gedood door een overdosis pentobarbital (210 mg / kg IV), waarna zij werden onthoofd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figuur 1 toont hoe het identificeren van een motoneuron de Triceps surae groep na penetratie. Bij lage intensiteit van de stimulatie kan slechts een monosynaptic EPSP worden waargenomen (Figuur 1A). Bij hogere intensiteit kan de EPSP zijn groot genoeg om een "orthodromic" spike (Figuur 1B) activeren. Nog hogere stimulatie-intensiteit, een alles-of-niets antidromic spike weergegeven met een kortere vertraging dan monosynaptic EPSP (Figuur 1C). Indien voldoende stroom wordt geïnjecteerd door de micro-elektrode een piek activeren kan een EMG-activiteit worden op de spier na een korte vertraging, gevolgd door een spiersamentrekking (Figuur 1D). Na identificatie van de motoneuron, kan de elektrofysiologische eigenschappen worden gekarakteriseerd. In figuur 2 illustreren hoe de ingangsweerstand kan worden gemeten met hyperpolariseren en depolariserende stroominpulsen (Figuur 2A) en plotten de variaties van de membraanpotentiaal versus de hoeveelheid geïnjecteerde stroom (Figuur 2B).

De contractiele eigenschappen van de motor unit kan ook worden bestudeerd met behulp van diverse protocollen van de stimulatie. Zo kan de kracht-frequentierelatie worden verkregen door injecteren korte pulsen van stroom bij verschillende frequenties in de motoneuron (Figuur 3A). De steady state kracht kan vervolgens worden uitgezet tegen de frequentie van de stroompulsen een sigmoïdale kracht-frequentie curve (figuur 3B) onthullen.

Als de anesthesie goed onder controle is het mogelijk om van een motorunit opnemen langer dan 15 minuten. In deze tijdspanne moet het mogelijk een groot scala aan protocollen draaien zowel de motoneuron en de contractiele eigenschappen van de spiervezels het innerveert karakteriseren.

/ 4312/4312fig1.jpg "/>
Figuur 1. Voorbeeld van de procedure om een motoneuron identificeren. Panels A tot C drie opeenvolgende reactie van een motoneuron een toenemende elektrische stimulatie van de nervus ischiadicus. De verticale onderbroken lijn geeft de tijd van de stimulatie. Elk paneel is het intracellulair opgeslagen membraanpotentiaal (bovenste spoor) en de afferente volley opgenomen op het oppervlak van de lumbale koord (onderste spoor). A. Bij een intensiteit boven drempel voor rekrutering van groep I afferenten (1,1 x T), een EPSP verscheen in reactie op de elektrische stimulatie. De EPSP was monosynaptic omdat de centrale latency, 0,4 msec (kleine verticale stippellijnen), te kort voor een route met meerdere synaps. B. Verhoging van de stimulatie-intensiteit (2,0 x T) is de maat van de EPSP totdat het groot genoeg om een orthodromic spike. C. activeren wanneer de stimulatie-intensiteit werd nog verhoogd(2,1 x T) werd het axon gerekruteerd en een antidromic actiepotentiaal verschenen met een 1,2 msec vertraging ten opzichte van de stimulatietijd. Bij een geleiding lengte van 38mm, de axonale geleidingssnelheid was 32 ​​m / s. D. Wanneer stroom wordt geïnjecteerd (bodemtrace) in een Triceps surae motoneuron (anders dan in motoneuron AC), een actiepotentiaal kan worden opgewekt in de soma ( tweede trace van de bodem). Deze actie potentiële reist langs de axon, kruist de neuro-musculaire junctie, en triggers spier actiepotentialen in de spiervezels geïnnerveerd door de opgenomen motoneuron. De verbinding actiepotentiaal (tweede spoor van boven) kunnen worden opgenomen met behulp van de EMG elektroden. De twitch contractie van de spiervezels wordt in de bovenste curve. De samentrekking tijd van de aandrijving kan worden geschat uit de spierrespons tussen de twee verticale stippellijnen. Figuur aangepast deel van ref 5.


Figuur 2. Schatting van de ingangsweerstand van een motoneuron. A. Gemiddelde reactie op een reeks van stroompulsen (onderste sporen) gedurende 500 msec en variërend -3-2 nA. Let op de sag van de spanning reactie van de motoneuron (gevulde pijl): de spanning snel bereikt een piek (zwarte stip) te stabiliseren op een lager plateau waarde (zwart vierkant). Na de stroomimpuls is beëindigd, een rebound (leeg pijl) weergegeven. B. Plot de afbuiging van de spanning (AV) versus de intensiteit van de stroomimpuls. Dots zijn gemeten op de top van de reactie, terwijl vierkantjes zijn gemeten aan het eind van de puls, zoals weergegeven door de symbolen bovenop Figuur B1. Rechte lijnen zijn de beste lineaire vlagen van de grootste gevoeligheid (stippellijn) en het plateau respons (dash-gestippeld). De hellingen van deze lijnen zijn de piek ingangsweerstand en het plateau input weerstand van de motoneuron respectievelijk. Figuur aangepast van ref 5.

Figuur 3
Figuur 3. . Karakterisering van de kracht-frequentie relatie van een motorunit De drie panelen tonen: de bodemspoor de stroominpulsen herhaald bij de aangegeven frequentie boven elk paneel en gebruikt voor actiepotentialen in de motoneuron wekken, op de tweede traceren van de bodem, de membraanpotentiaal van de motoneuron, waarin actiepotentialen op de frequentie van de pulsen, op de tweede trace van boven de EMG-activiteit, op de bovenste curve de kracht die door de trein van actiepotentiaal. Het onderste paneel toont de samenvatting grafiek van de kracht bereikt tijdens de afzonderlijke treinen uitgezet tegen de frequentie van de actiepotentialen in elke trein. De curve is sigmoïdale.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De bereiding hier beschreven is het eerste dat toelaat in de volwassen muis, gelijktijdig intracellulaire opname van een lumbale motoneuron en de meting van de kracht die door de spiervezels geïnnerveerd door de axon.

Door de kleine grootte van het dier, kan de chirurgische vaardigheden voor dit preparaat tegen te verwerven. Echter, zodra de vaardigheden meester is, kan de hele operatie worden uitgevoerd in drie uur en de dieren overleven tot 7 uur na de afloop van de chirurgische procedure voor opnamen. Het succes van deze techniek is in wezen afhankelijk van het beheer van de anesthesie. Het is van cruciaal belang om zorgvuldig te controleren zo veel fysiologische parameters als mogelijk (kerntemperatuur, pCO 2, hartslag, enz.) en deze te handhaven is hun fysiologische bereik. Elke afwijking moet worden verholpen bijvoorbeeld door verhogen / verlagen van de stroom naar de heten deken, aanpassing van de parameters van het masker of het toevoegen van meer anesthetica. Het is onze ervaring dat de fysiologische toestand van de muis kan een verrassend snelle wending nemen als aandacht wordt niet betaald te allen tijde aan deze parameters.

Mechanische stabiliteit is van groot belang wanneer het proberen om intracellulaire opnames te bereiken. Dit geldt vooral in vivo, waar motoneuronen kan bewegen onder invloed van de bloeddruk, ademhaling, en spiercontracties. Hoewel het onmogelijk is om perfecte stabiliteit garanderen, onze procedure kan stabiel opnamen van motorneuronen tien minuten of meer. Dit wordt bereikt door een combinatie van vier klemmen immobiliseren van de wervelkolom en de botten. Twee klemmen zich zo dicht mogelijk van de laminectomie site het ruggenmerg immobiliseren in dat gebied. We vonden dat het verkorten van de ruggenmerg tussen de twee klemmen en oefenen een beetjespanning op de botten hebben zeer goede stabilisatie, zoals we konden intracellulaire opnames handhaven gedurende enkele uren in verlamde dieren 5. Echter, in casu het dier niet verlamd en de spieren vrij contract, vooral wanneer het stimuleren van de heupzenuw. Dit is de reden waarom we het gehele been skelet met twee klemmen, een op het heiligbeen te stabiliseren, immobiliseren van de gehele heup en voorkomt daarmee spiercontracties worden overgebracht op de wervelkolom, en een op de enkel van het been immobiliseren op een 90 ° hoek.

Met deze techniek is het mogelijk om de fysiologische type van een motoneuron gebaseerd op de kracht profiel van de aandrijving 13. Motoneuronen kan worden geclassificeerd als vertraagd of Fast basis van hun twitch samentrekkingstijd en in Fatigable of vermoeidheid Resistant basis van hun vermogen om een ​​bepaalde kracht tijdens herhaalde stimulatie houden. Als zodanig is dit preparaat bepades een duidelijk voordeel ten opzichte van in vitro preparaten. In in vitro omstandigheden wordt het ruggenmerg uit het lichaam van het dier en in een schaal geheel of in plakjes. Door de laag van myeline rond de grijze materie, kan een goede oxygenatie alleen mogelijk aan pasgeboren dieren waarbij de myelinisatie niet volledig 14. Technische ontwikkelingen zijn opnames van spinale motorneuronen toegestaan ​​bij volwassen segmenten 15-17, echter deze aanpak niet verlichten van de belangrijkste nadeel van in vitro opnames, namelijk dat er geen manier om de fysiologische type van de opgenomen motoneuron identificeren (S, FR of FF, of zelfs alpha vs gamma), en de experimentator te bundelen samen opnames dwingen motoneuronen die intrinsiek verschillend, in termen van functie, elektrofysiologische eigenschappen, en het eiwitgehalte (zie Manuel & Zytnicki, 2011 18 voor een overzicht de verschillende motoneuronen).

in vivo worden uitgevoerd in genetisch gemodificeerde dieren het directe effect van deze specifieke wijziging van de functie van de motor te bestuderen: produceren kracht. Dit preparaat is ook veelbelovend voor de studie van neurodegeneratieve ziekten bij de mens, zoals Amyotrofische Lateraal Sclerose (ALS) of Spinale musculaire atrofie (SMA). Genetische modellen zijn inderdaad gegenereerd die een kopie van de kenmerkende symptomen van deze ziekten 10,11. Het nieuwe preparaat beschreven opent de mogelijkheid van het bestuderen van de rol van de neuromusculaire verbindingen in deze ziekten door het testen van het gedrag van motoneuronen en spiervezels (afzonderlijk en samen) tijdens de voortgang van de ziekte. Recentelijk twee onafhankelijke groepen konden decerebrated een in vivo muis preparaat vertoont spontane motoriek of fictieve ontwikkelingmotoriek 19,20. Als het soort opnamestabiliteit dat we observeren met de hier beschreven worden bereikt na decerebration, zou dit een enorme hulpmiddel voor de studie niet alleen de motoneuronen, maar van alle pre-motor spinale circuits die het genereren van het bewegingsapparaat ritme .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgments

Dit werk werd mogelijk gemaakt dankzij de financiële steun van de Fondation pour la Recherche Medicale (FRM), de Milton Safenowitz postdoctoraal fellowship voor ALS onderzoek (ALS Association), NIH NINDS Subsidies NS05462 en NS034382 en ANR Grant HyperMND.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Atropine sulfate Aguettant
Methylprenidsolone Pfizer Solu-Medrol
Sodium pentobarbitone Sanofi-Aventis Pentobarbital
Ketamine
Xylazine
Glucose
Plasma expander Roger Bellon Plasmagel
Blunt scissors FST 14079-10
Blunt fine scissors FST 15025-10
Vannas Spring Scissors FST 15002-08
Fine forceps serrated FST 11370-32
Fine forceps serrated FST 11370-31
Cunningham Spinal Adaptor Stoelting Co.
Kwik-Cast sealant WPI #KWIK-CAST
Ventilator CWE Inc SAR-830/AP
Capnograph CWE Inc μcapstar
Heating blanket Harvard Apparatus 507221F
Intracellular amplifier Axon Instruments Axoclamp 2B
Pipette puller Sutter Instruments P-97
KCl Sigma-Aldrich P9333-500G

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Liddel, E. G. T., Sherrington, C. S. Recruitment and some other factors of reflex inhibition. Proc. R. Soc. London. B, 488-518 (1925).
  2. Huizar, P., Kuno, M., Miyata, Y. Electrophysiological properties of spinal motoneurones of normal and dystrophic mice. The Journal of physiology. 248, 231-246 (1975).
  3. Alstermark, B., Ogawa, J. In vivo recordings of bulbospinal excitation in adult mouse forelimb motoneurons. Journal of neurophysiology. 92, 1958-1962 (2004).
  4. Meehan, C. F., Sukiasyan, N., Zhang, M., Nielsen, J. B., Hultborn, H. Intrinsic properties of mouse lumbar motoneurons revealed by intracellular recording in vivo. Journal of neurophysiology. 103, 2599-2610 (2010).
  5. Manuel, M., et al. Fast kinetics, high-frequency oscillations, and subprimary firing range in adult mouse spinal motoneurons. J. Neurosci. 29, 11246-11256 (2009).
  6. Iglesias, C., et al. Mixed mode oscillations in mouse spinal motoneurons arise from a low excitability state. The Journal of neuroscience: the official journal of the Society for Neuroscience. 31, 5829-5840 (2011).
  7. Crone, S. A., Zhong, G., Harris-Warrick, R., Sharma, K. In mice lacking V2a interneurons, gait depends on speed of locomotion. J. Neurosci. 29, 7098-7109 (2009).
  8. Talpalar, A. E., et al. Identification of minimal neuronal networks involved in flexor-extensor alternation in the mammalian spinal cord. Neuron. 71, 1071-1084 (2011).
  9. Rabe, N., Gezelius, H., Vallstedt, A., Memic, F., Kullander, K. Netrin-1-dependent spinal interneuron subtypes are required for the formation of left-right alternating locomotor circuitry. J. Neurosci. 29, 15642-15649 (2009).
  10. Gurney, M. E., et al. Motor neuron degeneration in mice that express a human Cu,Zn superoxide dismutase mutation. Science. 264, 1772-1775 (1994).
  11. Cifuentes-Diaz, C., et al. Neurofilament accumulation at the motor endplate and lack of axonal sprouting in a spinal muscular atrophy mouse. Hum. Mol. Genet. 11, 1439-1447 (2002).
  12. Simpson, D. P. Prolonged (12 hours) intravenous anesthesia in the rat. Laboratory animal science. 47, 519-523 (1997).
  13. Burke, R. E. Motor Unit Types - Functional Specializations in Motor Control. Trends Neurosci. 3, 255-258 (1980).
  14. Kerkut, G. A., Bagust, J. The isolated mammalian spinal cord. Prog. Neurobiol. 46, 1-48 (1995).
  15. Carp, J. S., et al. An in vitro protocol for recording from spinal motoneurons of adult rats. Journal of Neurophysiology. 100, 474-481 (2008).
  16. Mitra, P., Brownstone, R. M. An In Vitro Spinal Cord Slice Preparation for Recording from Lumbar Motoneurons of the Adult Mouse. Journal of Neurophysiology. , (2011).
  17. Husch, A., Cramer, N., Harris-Warrick, R. M. Long duration perforated patch recordings from spinal interneurons of adult mice. Journal of Neurophysiology. , (2011).
  18. Manuel, M., Zytnicki, D. Alpha, beta and gamma motoneurons: functional diversity in the motor system's final pathway. J. Integr. Neurosci. 10, 243-276 (2011).
  19. Nakanishi, S. T., Whelan, P. J. A decerebrate adult mouse model for examining the sensorimotor control of locomotion. Journal of Neurophysiology. 107, 500-515 (2012).
  20. Meehan, C. F., Grondahl, L., Nielsen, J. B., Hultborn, H. Fictive locomotion in the adult decerebrate and spinal mouse in vivo. The Journal of Physiology. 590, 289-300 (2012).

Tags

Neuroscience Fysiologie Biofysica anatomie geneeskunde Motor System Spinal Cord Intracellulaire Recordings motoneuronen EMG Force lumbale neuron hersenen muis diermodel

Erratum

Formal Correction: Erratum: Simultaneous Intracellular Recording of a Lumbar Motoneuron and the Force Produced by its Motor Unit in the Adult Mouse In Vivo
Posted by JoVE Editors on 01/04/2013. Citeable Link.

A correction was made to Simultaneous Intracellular Recording of a Lumbar Motoneuron and the Force Produced by its Motor Unit in the Adult Mouse In vivo. There was an error in the name of one author, Marin Manuel. The author's name has been corrected to:

Marin Manuel

instead of:

Manuel Marin

Gelijktijdig Intracellulaire opnemen van een lumbale motoneuron en de kracht die door de motor in de volwassen muis<em&gt; In vivo</em
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Manuel, M., Heckman, C. J.More

Manuel, M., Heckman, C. J. Simultaneous Intracellular Recording of a Lumbar Motoneuron and the Force Produced by its Motor Unit in the Adult Mouse In vivo. J. Vis. Exp. (70), e4312, doi:10.3791/4312 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter