2013年12月24日
传入感觉神经元将感觉信息从外围信号传递到中枢神经系统。识别特定的传入神经元将有助于了解它们的生理机能。我们描述了一种逆行标记方法来识别传入神经元,并使用膜片钳电生理学和免疫细胞化学研究这些神经元中的电压门控离子通道。
该程序的总体目标是通过逆行染料标记来识别传入神经元,并使用膜片钳电生理学和免疫化学研究这些神经元中的离子通道。这是通过首先将 DAI 注射到靶组织中以标记支配传入神经元来实现的。第二步是从背根神经节中分离传入神经元。
接下来,对标记的神经元进行膜片钳以记录门控离子通道,最后一步是使用免疫化学识别标记神经元中表达的离子通道。最终,使用膜片、钳和免疫化学的组合,我们能够识别传入神经元中离子通道的表达模式和功能特性。与其他现有方法相比,这种方法的主要优点是它是一种非侵入性方法,我们使用的 DAI I 以其被神经元末梢快速吸收而闻名。
神经元之间缺乏转移,我们注射的神经元内缺乏长期滞留。演示该程序的是我和我们实验室染料注射的研究技术员 Stephanie。首先,使用电动剃须刀剃掉麻醉大鼠两条腿上小腿区域的毛发。
接下来,用 200 微升 1.5% Dai 溶液填充一个 CC 无菌注射器。将针头平行于每块胃肌的长轴缓慢插入,并在从肌肉中拔出针头之前将 100 微升 dai 注入肌肉。向后拉注射器柱塞,确保染料不再从尖端流出。
等待 10 秒,然后从肌肉中拔出针头。染料分布需要 4 到 5 天才能为解剖做好准备。将装有 10 毫升 HBSS 的烧杯、一个 35 毫米培养皿和一个 100 毫米培养皿放在冰上。
接下来,称取 7 毫克胶原酶、1 毫克 DNA 和 10 毫克胰蛋白酶预热,将振荡水浴加热至 37 摄氏度,并在浴中加热含有 10 毫升 EBSS 的 15 毫升离心管。在解剖前对大鼠实施安乐死后,迅速切开动物背部的皮肤。然后去除沿脊柱的结缔组织和肌肉组织,以获得更好的暴露效果。
随后,切除脊柱的腰部。接下来,将分离的椎柱放入 100 毫米培养皿中。使用无菌牧场移液器涂抹冷冻的 HBSS 溶液,以保持制剂湿润和寒冷。
从脊柱两侧切开肌肉。进行背椎板切除术,使用咬合器或剪刀轻轻去除骨头并闭合包含背根神经节的凹槽。反复。在此过程中应用冰冷的 HBSS。
在显微镜下,通过切割周围神经和中枢神经来分离 DRG,留下 1 到 2 毫米的神经以方便处理神经节。然后将分离的 DRG 放入含有冰冷的 HBSS 缓冲液的 35 毫米培养皿中。重复这些程序,直到所有 L 4 和 L 5 DRG 都被分离出来。
使用微型剪刀和镊子去除多余的神经和血管。切开 DRG 以更好地暴露于酶,但不要将 DRG 鞘入鞘以进行 DRG 神经元解离。将酶添加到温热的 EBSS 培养基中,然后涡旋溶解并过滤灭菌。
接下来,将所有 DRG 放入带有无菌牧场管头的酶溶液中。之后,用 95% 氧气和 5% CO2 将培养瓶鼓泡 60 秒,然后盖紧培养瓶盖上。然后将培养瓶在 37 摄氏度振荡水浴中以 240 RPM 的速度孵育 60 分钟。
在孵化结束时大力。在无菌条件下摇动培养瓶 50 次以解离 DRG。向培养瓶中加入 5 ml MEM plus 以停止酶活性。
将培养瓶内容物转移至无菌 15 mL 离心管中,以 16 倍 G 离心 6 分钟。然后,去除并丢弃上清液。用移液管轻轻向样品中加入 5 毫升 MEM plus。
为了打破沉淀重复离心步骤,取出并丢弃上清液,加入 500 微升 MEM,并用移液管上的 1 毫升移液器吸头轻轻研磨,以制备细胞悬液。之后,将涂有聚赖氨酸的玻璃盖玻片放入一个空的、无菌的 35 毫米培养皿中。然后将一滴细胞悬液添加到盖玻片的中心。
重复此过程,直到细胞溶液耗尽。将 35 毫米培养皿放入 37 摄氏度和 5%CO2 的培养箱中 1 小时,让神经元在一小时后粘附在盖玻片唇上。在每个培养皿中额外加入 2 毫升培养基,并将其放回培养箱中进行膜片钳记录。
首先,使用具有落射荧光的显微镜鉴定染料标记的 DRG 神经元。接下来,用内部溶液填充玻璃电极。轻轻拍打以去除任何残留的气泡。
然后将电极放入电极支架中。使用微型机械手将电极降低到电池上。一旦电极接触到电解池,通过抽吸管轻轻抽吸,直到形成紧密密封。
然后将膜电压钳制在所需的保持电位。通过施加更强的吸力获得全细胞膜片钳配置。要去除电极尖端的膜贴,一旦建立了全细胞膜片钳配置,就开始记录。
在此过程中,用 4% 对位甲醛将神经元固定在盖玻片上一小时。然后用 2% 吐温 20 的 PBS 溶液渗透神经元 10 分钟。接下来,将细胞在封闭溶液中孵育 1 小时。
将测试细胞在封闭溶液和一抗中孵育过夜。将对照组神经元在没有任何一抗的封闭溶液中孵育过夜。第二天,用 PBS 缓冲液洗涤盖玻片 3 次,每次 5 分钟,然后用 1%吐温 20 洗涤两次,每次 5 分钟,以去除未结合的一抗。
然后将检测和对照盖玻片与适当的荧光标记二抗孵育 30 分钟,该二抗与一抗结合以实现可视化。之后,用 PB S3 清洗盖玻片,每次 5 分钟,以去除多余的二抗。接下来,使用安装介质将盖玻片安装在干净的载玻片上。
然后将透明指甲油涂抹在盖玻片的边缘以将其固定到位。干燥后,使用荧光显微镜随附的软件观察神经元并捕获图像。这是 Dai 注射到胃肌中并从肌肉逆行运输到 DRG 的表现。
此处标记了 L 4 和 L 5 DRG。传入神经元显示在明场图像中,该荧光图像显示了一种染料标记的肌肉传入神经元。该直方图显示了感觉神经元的 DII 荧光强度。
大峰来自未标记的神经元,并拟合高斯方程以确定平均强度和标准偏差。垂直虚线表示 DAI 标记的阈值。直方图包含来自 1047 个神经元的数据,其中 167 个神经元用 dai 标记。
这是一个具有代表性的肌肉传入神经元,膜电压控制良好。左侧显示负 20、-10 和 0 毫伏时的钠电流,右侧显示电流电压关系。在尝试此程序时,重要的是要记住快速但轻柔地解剖出 DRG,并在 ice code hbss 上反复保持制剂湿润。
在此程序之后,可以标记和识别其他传出神经元,以了解它们在生理学中的作用。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
本文介绍了一种通过逆行染料标记识别传入感觉神经元,并利用膜片钳电生理学和免疫化学方法研究其离子通道的技术。该方法可帮助研究人员深入了解这些神经元的生理特性。
精确识别和功能表征感觉神经元亚群对于降低早期离子通道药物发现的风险至关重要。该工作流程可实现对疾病相关神经环路中离子通道表达与功能的靶向研究,有助于提高靶点验证的可预测性及对作用机制的理解。将逆行标记与膜片钳技术和免疫细胞化学相结合,为神经治疗领域研发项目组合的筛选及转化研究的连续性提供了坚实基础。
该方法可融入从早期靶点验证到检测方法开发及临床前研究的整个发现流程,支持迭代式假设检验和机制层面的风险消除。