The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Shigetomi, E., Khakh, B. S. Measuring Near Plasma Membrane and Global Intracellular Calcium Dynamics in Astrocytes. J. Vis. Exp. (26), e1142, doi:10.3791/1142 (2009).
प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं
प्रयोगात्मक प्रक्रिया के दो प्रमुख भागों है कि एक कदम बुद्धिमान तरीके से नीचे वर्णित हैं होते हैं.
भाग 1: तैयारी hippocampal astrocyte संस्कृतियों
संक्षेप में, मिश्रित hippocampal astrocyte न्यूरॉन संस्कृतियों एक अच्छी तरह से स्थापित 1,2,3 प्रोटोकॉल का उपयोग कर तैयार किया गया . हम प्रक्रिया अनुकूलित करने के लिए स्वस्थ सभ्य astrocytes उपज. नीचे सूचीबद्ध सभी प्रक्रियाओं एक लामिना का प्रवाह हुड के रूप में एक बाँझ वातावरण में बाहर किया जाना चाहिए.
तैयारी coverslips
विच्छेदन
विच्छेदन मीडिया:
Hippocampal मीडिया:
Papain समाधान:
रखरखाव
Neurobasal मीडिया:
Neurobasal मध्यम के साथ फ़ीड astrocyte - न्यूरॉन एक सप्ताह में दो बार संस्कृतियों, चढ़ाना के चार दिन बाद शुरू. एक हवादार फ्लास्क में इनक्यूबेटर में 30 मिनट के बारे में मीडिया को Preincubate संतुलित तापमान और सीओ 2.
भाग 2: कैल्शियम इमेजिंग
Hippocampal रिकॉर्डिंग बफर: 110 मिमी NaCl, 5.4 मिमीKCl, 1.8 मिमी 2 CaCl, 0.8 मिमी 2 MgCl, 10 डी ग्लूकोज मिमी, 10 मिमी (सिग्मा से सभी रसायनों) 7.4 पीएच HEPES (NaOH के साथ समायोजित).
Astrocytes में कैल्शियम सूचक डाई लोड हो रहा है
TIRF माइक्रोस्कोपी
संक्षेप में, हम एक ओलिंप IX71 एक Andor iXon DV887DCS EMCCD कैमरे के साथ सुसज्जित खुर्दबीन का उपयोग करें. उत्तेजना के नियंत्रण और छवि के अधिग्रहण TILLVision सॉफ्टवेयर का प्रयोग कर प्राप्त किया है. 454/488/515 एनएम (100 मेगावाट) आर्गन और 442 एनएम ठोस राज्य पराबैंगनीकिरण (45 मेगावाट) के मुस्कराते हुए और संयुक्त के साथ नियंत्रित कर रहे हैं एक तक पॉलीलाइन लेजर combiner, TIRF दोहरी बंदरगाह संघनित्र और acoustoptical tuneable फिल्टर और नियंत्रक (AOTF, सब से तक) फोटोनिक्स और Kineflex TIRF कंडेनसर में प्रवेश के लिए ब्रॉड बैंड फाइबर में खिलाया. हम एक ओलिंप 60x 1.45 एनए लेंस का उपयोग करने के लिए TIRF प्राप्त करने. कैमरा लाभ प्रत्येक astrocyte के लिए निकाला जाता है शोर छवियों के लिए सबसे अच्छा संकेत प्रदान करते हैं. पृष्ठभूमि और TIRF माइक्रोस्कोपी के सिद्धांतों हाल ही में किया गया है 4 समीक्षा 5 ,. अधिकांश ऑप्टिकल घटकों का उपयोग हम फोटोनिक्स, जो अब Agilent टेक्नोलॉजीज (http://www.till-photonics.com/) का हिस्सा है तक से खरीदे गए थे. TIR प्रवेश गहराई नीचे समीकरणों से गणना की जा सकती है.

घ = प्रवेश गहराई
कांच के n1 = अपवर्तक सूचकांक
सेल के n2 = अपवर्तक सूचकांक
घटना के एक = कोण
घटना के Nai = संख्यात्मक एपर्चर
आदेश में यह सुनिश्चित करने के लिए लेजर बेहतर TIRF के लिए गठबंधन किया है हम यह 100 एनएम फ्लोरोसेंट मनका (Invitrogen, F8803) निरीक्षण के लिए उपयोगी पाते हैं. हम अभी भी फ्रेम और महामारी और TIRF माइक्रोस्कोपी के साथ मोती के वीडियो प्रस्तुत करते हैं. जब TIRF में, एक संकेत करने वाली शोर में एक नाटकीय वृद्धि देखने और मोती ब्राउनियन प्रसार प्रदर्शन. हम यह लगता है कि इष्टतम TIRF बजाय समझौता परोक्ष रोशनी है कि घटित होता है तब होती है, के लिए एक नियमित रूप से (एक बार ~ प्रति सप्ताह) के आधार पर TIRF माइक्रोस्कोपी के साथ 100 एनएम मोतियों के व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए उपयोगी पाते हैं अगर महत्वपूर्ण कोण के बराबर नहीं थे α (चित्र 1 देखें).
जी प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर agonists के आवेदन
Astrocytes GQ युग्मित रिसेप्टर्स 6, 7 के metabotropic ग्लूटामेट रिसेप्टर्स और P2Y रिसेप्टर्स (agonist, एटीपी, ADP) सहित कई प्रकार व्यक्त करते हैं. इन रिसेप्टर्स की सक्रियण astrocytes भीतर intracellular कैल्शियम का स्तर में उल्लेखनीय वृद्धि की ओर जाता है है. उदाहरण के लिए, एक astrocytes 8-10 एटीपी (30 सुक्ष्ममापी) के लिए आवेदन के दौरान आसानी से intracellular कैल्शियम उन्नयन का पालन कर सकते हैं. हम एक तेजी से समाधान वार्नर इंस्ट्रूमेंट्स से switcher के कुलपति 77SP परफ्यूज़न फास्ट कदम प्रणाली (http://www.warneronline.com/index.cfm) कहा जाता है का उपयोग करें. के साथ इस पद्धति का समाधान ~ 10 एमएस की तुलना में भी कम समय में लागू किया जा सकता है.


चित्रा 1 कार्टून और इमेजिंग की तस्वीरें सेट. ए एक airtable पर घुड़सवार माइक्रोस्कोप की एक तस्वीर दिखाता है, जबकि (बी) लेजर विधानसभा, नियंत्रकों और बीम बक्से की एक तस्वीर दिखाता है. सी. इमेजिंग के लिए घुड़सवार चैम्बर के साथ खुर्दबीन मंच की एक तस्वीर दिखाता है. पर छोड़ दिया है तेजी से छिड़काव डिवाइस (साथ stepper मोटर और थीटा टयूबिंग के साथ) देखा जा सकता है. सही में एक Axopatch 200A प्रवर्धक के headstage देखा जाता है. कार्टून सेट में पथ schematizes प्रकाश और टी कैसेIRF हासिल है. लेजर वापस 60x एनए 1.45 उद्देश्य लेंस और अपनी स्थिति के फोकल हवाई जहाज़ पर ध्यान केंद्रित है केंद्र बंद समायोजित इतना है कि यह महत्वपूर्ण कोण α पर विसर्जन तेल में उभर. इस बिंदु पर किरण दूरी λ (मुख्य पाठ में समीकरण देखें) के साथ कुल आंतरिक प्रतिबिंब और decays से कम अपवर्तक सूचकांक के माध्यम में ग्रस्त है. इस मामले में इस रिकॉर्डिंग astrocytes और खुद astrocytes आसपास बफर है. परिणाम ~ 100 एनएम प्लाज्मा झिल्ली के भीतर अणुओं के ऑप्टिकल उत्तेजना (और इस तरह इमेजिंग) है. सेल के कार्टून में यह हरी "उत्साहित" झिल्ली रिसेप्टर्स के रूप में दिखाया गया है, जबकि कक्ष के भीतर या सेल के ऊपर की सतह पर उन उत्साहित नहीं हैं. TIRF माइक्रोस्कोपी की एक पूर्ण खाता Steyer और Almers 4 द्वारा प्रदान की गई है.

चित्रा 2 100 एनएम फ्लोरोसेंट महामारी और TIRF माइक्रोस्कोपी के साथ अधिग्रहीत मोतियों की छवियाँ . कई दर्जन 100 एनएम फ्लोरोसेंट मोती के साथ देखने के क्षेत्र की महामारी छवियों को दिखाता है. लाल तीर मोती है कि गिलास coverslip पर बसे है, जबकि नीले arrowheads मोती है कि पानी में diffusing के बिंदु को इंगित करें. बी देखने का एक ही क्षेत्र के रूप में इस दृश्य में ए में दिखाया केवल अनुयायी मोती लाल तीर द्वारा दिखाया दिखाई दे रहे हैं TIRF छवि दिखाता है. यह है क्योंकि इन कांच coverlsip पर बसे थे और इस प्रकार ~ 100 एनएम क्षणभंगुर क्षेत्र के भीतर थे. नीले तीर द्वारा दिखाया गया मोतियों और इस क्षेत्र के भीतर नहीं हैं TIRF छवियों में इस तरह अदृश्य हैं. कम भूखंडों छवियों के 3 डी प्रतिपादन दिखा. यह स्पष्ट है कि क्षणभंगुर क्षेत्र के भीतर माला के लिए संकेत करने वाली शोर में एक बड़ी वृद्धि तब होता है जब TIRF माइक्रोस्कोपी द्वारा मनाया. वास्तव में महामारी के लिए इन छवियों के लिए संकेत करने वाली शोर 7.1 ± 0.6 था, जबकि TIRF के लिए यह 20 था ± 0.7.

चित्रा 3 Fluo-4 कैल्शियम सूचक महामारी और TIRF माइक्रोस्कोपी के साथ अधिग्रहीत डाई के साथ भरी हुई astrocytes की छवियाँ . पांच astrocytes के साथ देखने के एक क्षेत्र के ए महामारी छवियाँ. बी बी नोट है कि में छवियों ए और बी काफी अलग हैं में दिखाया गया है देखने के एक ही क्षेत्र के एक TIRF छवि. यह है क्योंकि TIRF रोशनी के साथ कांच coverslip के करीब समानाधिकरण में केवल प्लाज्मा झिल्ली क्षेत्रों imaged हैं. कम पैनल दिखाने एटीपी पैदा intracellular कैल्शियम यात्रियों महामारी और TIRF माइक्रोस्कोपी के साथ imaged.
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यह अच्छी तरह से स्थापित है कि astrocytes intracellular कैल्शियम उन्नयन प्रदर्शन. ये सहज होते हैं, neuronal गतिविधि के द्वारा या agonists के आवेदन astrocyte 11 सतह पर रिसेप्टर्स सक्रिय द्वारा ट्रिगर किया जा सकता है. एक महत्वपूर्ण और विवादास्पद मुद्दा है कि क्या astrocyte intracellular कैल्शियम उन्नयन संकेतन अणुओं में से एक यह है कि न्यूरॉन्स 11, 12 पर रिसेप्टर्स सक्रिय रिहाई को ट्रिगर कर सकते हैं. यह विवादास्पद है क्योंकि वहाँ इस दृश्य के लिए और के खिलाफ सबूत है, के रूप में Haydon 7, 13 और McCarthy के 11 प्रयोगशालाओं द्वारा समीक्षा में प्रकाश डाला गया है. हमारे हाल ही मस्तिष्क टुकड़ा इमेजिंग और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी डेटा हम तर्क दिया है कि astrocyte कैल्शियम की गतिशीलता का एक बेहतर और सटीक समझ पहले नई परिकल्पना संचालित प्रयोगों के लिए निर्धारित astrocytes प्रभाव कैसे न्यूरॉन्स 14 बनाया जा सकता है है की जरूरत है के आधार पर. इस वीडियो लेख में हम प्लाज्मा झिल्ली और वैश्विक सभ्य astrocytes में intracellular कैल्शियम लगभग एक साथ परिवर्तन के पास छवि के लिए एक सरल तरीका मौजूद है. TIRF माइक्रोस्कोपी का एक अपरिहार्य तकनीकी आवश्यकता है कि संवर्धित कोशिकाओं के लिए इस्तेमाल किया जा है, क्योंकि वे क्षणभंगुर क्षेत्र 3 गहराई के भीतर एक गिलास coverslip के लिए पालन . यह कि संस्कृति में astrocytes उनके जीन की अभिव्यक्ति प्रोफाइल बदल जब 15 vivo में उन लोगों की तुलना में, और इसलिए इस चेतावनी जब इस पद्धति को लागू करने पर विचार किया जाना चाहिए टिप्पण लायक है. लेकिन मन में इस विचार के साथ सरल विधि हम रिपोर्ट एक छवि की अनुमति नहीं है और प्लाज्मा झिल्ली और वैश्विक intracellular कैल्शियम परिवर्तन के पास लगभग एक साथ यों. दृष्टिकोण के आगे astrocytes के लिए आवेदन astrocytes के प्लाज्मा झिल्ली के पास intracellular कैल्शियम परिवर्तन पर सटीक डाटा उपलब्ध कराने का वादा रखती है. ऐसे मात्रात्मक डेटा की उपलब्धता astrocyte जीव विज्ञान की पूरी समझ के लिए उपयोगी हो जाएगा.
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यह काम जापान के Uehara मेमोरियल फाउंडेशन (ते के लिए) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से व्हाइटहॉल फाउंडेशन, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्नायविक विकारों और स्ट्रोक और एक स्टीन ओप्पेन्हेइमेर बंदोबस्ती पुरस्कार (BSK के लिए) द्वारा समर्थित किया गया.
| Name | Type | Company | Catalog Number | Comments |
| VWR® Micro Cover Slips, Round, No. 1 | Tool | VWR international | 48380-068 | |
| Poly-D-lysine hydrobromide | Reagent | Sigma-Aldrich | P0899 | |
| Laminin from Engelbreth-Holm-Swarm murine sarcoma basement membrane | Reagent | Sigma-Aldrich | L2020 | |
| Earle’s Balanced Salt Solution (EBSS) (1X), liquid | Reagent | Invitrogen | 14155-063 | |
| Minimum Essential Medium (MEM) (1X), liquid Contains Earle’s salts, but no L-glutamine or phenol red | Reagent | Invitrogen | 51200-038 | |
| Penicillin-Streptomycin liquid | Reagent | Invitrogen | 15140-122 | |
| Sodium pyruvate solution | Reagent | Sigma-Aldrich | S8636 | |
| HEPES solution 1 M | Reagent | Sigma-Aldrich | H0887 | |
| N-2 Supplement (100X), liquid | Reagent | Invitrogen | 17502-048 | |
| Horse Serum, Heat-Inactivated | Reagent | Invitrogen | 26050-088 | |
| PAPAIN-022 | Reagent | Worthington Biochemical | LK003178 | |
| Neurobasal™ Medium (1X) Liquid without Phenol Red | Reagent | Invitrogen | 12348-017 | |
| B-27 Serum-Free Supplement (50X), liquid | Reagent | Invitrogen | 17504-044 | |
| L-Glutamine-200 mM (100X), liquid | Reagent | Invitrogen | 25030-149 | |
| Cell Strainers | Tool | BD Biosciences | 352350 | |
| BD Falcon Multiwell Flat-Bottom Plates with Lids, Sterile | Tool | BD Biosciences | 353046 | |
| NaCl | Reagent | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| KCl | Reagent | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| CaCl2 hexahydrate | Reagent | Sigma-Aldrich | 21108 | |
| MgCl2 hexahydrate | Reagent | Sigma-Aldrich | M2670 | |
| HEPES free acid | Reagent | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| D-(+)-glucose | Reagent | Sigma-Aldrich | G7528 | |
| Fluo-4, AM 1 mM solution in DMSO | Reagent | Invitrogen | F-14217 | |
| Pluronic® F-127 20% solution in DMSO | Reagent | Invitrogen | P-3000MP | |
| Immersion Oil TYPE DF | Microscope | Cargill Labs | 16242 | |
| Open chamber for 25 mm round coverslips, 100 l volume | Tool | Warner Instruments | 64-0362 (RC-21BDW) | |
| P-2 platform for Series 20 chambers, non-heater | Tool | Warner Instruments | 64-0278 (P-2) | |
| FluoSpheres carboxylate-modified microspheres, 0.1 m, yellow-green fluorescent (505/515) 2% solids | Reagent | Invitrogen | F8803 |