December 28th, 2011
成人出生在嗅球的神经元可optogenetically控制使用Channelrhodopsin2表达慢病毒注射在延髓的迁徙流和植入微型慢性photostimulation的LED。
该程序的目标是使用遥控器激活嗅球神经元并观察它们的激活如何影响行为。这是通过将通道 Redin 2 的趋势基因与 YFP 偶联到成人的靶向神经元中,立体定向注射慢病毒载体来实现的。然后校准 LED 并准备植入,从而大致了解传输到大脑的光量。
该程序的最后一步是将 LED 植入嗅球上,确保其正确定位和连接。最终,神经元激活通过 CFO、免疫染色和行为测试结果得到确认。与标准电刺激或药理学扰动等现有方法相比,该技术的主要优点是标记神经元的光遗传学刺激对激活的神经元的类型和数量都具有高度特异性。
由于提供了精确的时间和空间控制,该技术的含义推动了神经退行性疾病的治疗或诊断。这种方法可以深入了解成人骨神经元在嗅觉骨网络中的作用。它可以应用于其他浅表区域,例如皮质或大脑肺神经元。
首先从负 80 摄氏度的冰箱中检索准备好的载体滴度。使用前请将其冷冻并丢弃任何剩余的滴度。用剪刀剪下混合的 boro 硅胶玻璃移液器的尖端。
目标是制作直径为 30 至 40 微米的针尖。将准备好的移液器存放在无尘盒中。接下来,设置一个微型注射器,用矿物油注射 50 升制备的回注移液器,并将其插入微型注射器柱塞,该柱塞应连接到立体定位框架。
病毒滴度解冻后,将玻璃移液管中的油部分清空,然后重新填充滴度。将两微升病毒转移到一块无菌的封口膜上。轻轻地将玻璃移液器放入液滴中,并在移液器中加入 1 到 2 微升病毒。
检查移液器中没有气泡,然后在使用用无菌盐水稀释的氯胺酮和甲苯噻嗪麻醉小鼠后继续准备动物。在继续之前,请确保鼠标对疼痛刺激没有反应,例如脚趾捏伤。现在,去除鼠标头皮上的毛发并对头皮进行消毒。
将动物放在立体定位框架中,并使用耳罩和鼻杆用手术刀固定其头部。从眼睛之间到耳朵之间剪掉头皮。将皮肤拉到一边,露出头骨,并用一对夹子固定皮肤。
然后使用无菌盐水溶液清洁颅骨表面。用玻璃移液器的尖端在 breg 马 处将立体定位装置归零。然后将吸头放在注射部位。
根据立体定位坐标的计算调整鼻杆的位置。使用这些坐标,bgma 和注射部位将对齐到相同的高度。使用高速手术钻头,小心地在每个注射部位的颅骨上钻一个小孔。
钻孔时注意不要使大脑表面的血管破裂。现在,将弯曲的注射器针头钩在尖端,去除薄骨头的残留物,露出 URA 材料。检查孔是否位于正确位置的中心。
降低移液管并将背腹高度归零。当移液器的尖端接触大脑表面时,然后将移液器降低到正确的背腹深度并等待 30 秒以获得压力平衡。现在注射 50 纳升病毒 4 次,总共 200 纳升病毒,两次注射之间等待 30 秒。
最后一次注射后一分钟,慢慢取出移液管并将鼠标从设备中取出。用 Betadine 溶液清洁切口部位并缝合皮肤。使用手术线,让鼠标在加热垫上恢复,最后将其放回笼子,然后植入微型蓝色 LED。
对于光遗传学刺激,必须对其进行准备和测试。出售的是母电气连接器的 LED 引脚,以便连接器位于 LED 的另一侧。检查是否有电气短路,并确定连接器上的正负极引脚。
最后,通过将 LED 连接到 LED 控制器来测试 LED,以测量或设置 LED 支架的绝对光功率、微型机械手上的 LED 并准备测光表。在不透明的 PVC 板上钻一个 3 毫米的孔,并将此孔固定在功率计上。现在将 LED 与功率计的光电检测器直接接触,并在 LED 峰值光强度(通常为 4 个 70 纳米)处进行测量。
使用功率计构建光功率与输入电流的标准曲线。然后使用 计算每平方毫米的功率,以测量光在大脑中的传播。使用一块颅骨获得 300、500、1000、1500 和 2500 微米厚度的新鲜脑组织的振动切割块,其开颅手术与在活小鼠中进行的开颅手术相同。
将其放在 LED 和检测器之间。现在,测量没有组织的情况下的光功率。然后将每块组织放在 LED 和功率计的光电检测器之间,并测量功率的变化。
构建组织厚度与相对透射率的曲线。透射分数是通过组织测量的功率与没有组织测量的功率之比。使用此数据校准 LED,然后进行植入手术。
用 70% 乙醇消毒并将连接器连接到立体定位支架上,以准备 LED 和连接器。将麻醉鼠标放入立体定位框架中后,使用鼻杆将颅骨表面完全水平并平行于微型 LED 的表面。在这种情况下,与嗅球相对应的颅骨区域是对齐的。
现在用手术刀将头皮从眼睛前方 3 毫米切到耳朵后 3 毫米。将皮肤拉到一边并用一对夹子固定。用剃须刀片刮掉颅骨表面的膜。
准备在关闭效果灯泡上进行矩形开颅手术。首先,使用高速钻头小心地将颅骨变薄,直到只剩下一层薄薄的骨头。其次,在弯曲的注射器针头的帮助下小心地取出剩余的骨头。
小心避免刺穿硬脑膜。现在用无菌盐水冲洗手术区域,然后擦干颅骨。清洁并干燥裸露的头骨后,在头骨上涂上一层薄薄的氰基丙烯酸酯胶粘剂,以便以后粘合牙科丙烯酸。
可能需要添加两个小螺钉来固定 LED。螺钉应插入 LED 后面的颅骨中,并用两种丙烯酸树脂覆盖。将 LED 连接器连接到支架后,将微型 LED 降低到嗅球上方,使其主轴平行于喙索轴。
然后用两层牙科丙烯酸将 LED 固定到头骨上。当丙烯酸仍然是液体时,拉回头皮的自由边缘并将它们粘在两层牙科丙烯酸上。小心,在亚克力硬化后,不要将任何亚克力涂抹到连接器上。
将动物从框架中取出,让它在加热垫上醒来。一旦被送回笼子,至少需要 7 天后才能完全恢复。一根细轻的电缆用于将动物拴在 LED 控制器上,允许充足的动态自由,尊重电线的极性为反接。
极性可能会损坏 LED。实验结束后,取下 LED 以验证它是功能性 CH 视蛋白。注射后约 48 小时,两个 YFP 在转导的神经元中表达,并在数月内保持稳定。
注射后 15 天,paraldehyde 固定动物的矢状切片显示密集的标记和注射部位的大小。在 RMS 中,大量新生细胞沿 RMS 迁移以定植于嗅球的不同层。融合蛋白在所有神经元区室中表达,包括胞体树突和棘。
微型 LED 植入通过表征脑组织中的光扩散和通道 redin 2 激活的阈值,允许对广泛的感兴趣区域进行大规模和廉价的光学刺激。估计在 LED 表面以下约 2 毫米的深度触发光学激活,以监测通道采用的功能激活,两个在体内表达神经元。CFO 的表达。
重复光刺激后分析神经元活动的标志物。一个主服务器。这种技术可以在一小时内完成注射病毒,至少三周后,再花两个小时植入 LAD。
LAD 的校准很重要,需要额外的时间遵循此程序。可以执行其他方法,例如体内电外科记录来回答其他问题,例如激活一种类型的细胞与另一种细胞发育后的反应之间的关系。这项技术为系统神经科学领域的研究人员探索小鼠嗅觉系统中新生神经元激活与嗅觉感知之间的精确相关性铺平了道路。
看完这个视频,你应该对如何使用 STEREOTAXIC 坐标注射病毒载体、如何准备和校准用于植入的 LED、如何植入 LED 以及如何使用氧气和刺激进行行为实验有一个很好的了解。此外,请记住,使用病毒载体可能非常危险,应采取适当的预防措施,例如适当的培训和处置有害材料。
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这项研究展示了一种用于控制嗅球中成年出生神经元的光遗传学方法。通过使用表达Channelrhodopsin2的慢病毒注射和慢性光刺激,研究人员可以研究神经元激活对行为的影响。
This method enables precise temporal and spatial control of adult-born neuron activation in vivo, supporting mechanistic de-risking in target validation for olfactory circuit modulation. By isolating the functional contribution of neurogenic populations, it enhances predictive confidence in early discovery stages where neuronal subtype specificity is critical. The approach provides a translatable platform for evaluating neuromodulatory strategies in preclinical models of sensory processing and neurodegenerative disease.
The method integrates stereotaxic viral delivery, optogenetic actuator expression, and chronic photostimulation to bridge molecular targeting with functional readouts in discovery workflows.