Ein Protokoll, ein Gewebe eindringende Hilfslicht für die Bereitstellung von Licht über große Mengen mit minimalem Durchmesser bauen wird vorgestellt.
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Methodenartikel
Ein Protokoll, ein Gewebe eindringende Hilfslicht für die Bereitstellung von Licht über große Mengen mit minimalem Durchmesser bauen wird vorgestellt.
Dieses Protokoll beschreibt eine großvolumige Illuminator, die für optogenetische Manipulationen im Gehirn von Primaten entwickelt wurde. Der Illuminator ist eine modifizierte Kunststoff-Lichtwellenleiter mit geätzten Spitze so, dass die lichtemittierenden Fläche > 100 x, die einer herkömmlichen Faser. Neben der Beschreibung des Bau der großvolumigen Illuminator, beschreibt dieses Protokoll die Qualitätskontrolle Kalibrierung verwendet, um gleichmäßige Lichtverteilung zu gewährleisten. Dieses Protokoll beschreibt weiter, Techniken für das einsetzen und Herausnehmen der großvolumigen Illuminator. Oberflächliche und tiefe Strukturen können beleuchtet werden. Diese großvolumigen Beleuchtung muss nicht physisch an einer Elektrode gekoppelt werden und weil die Beleuchtung aus Kunststoff, nicht Glas besteht, es einfach beugt sich unter Umständen beim traditionellen Lichtleitfasern zerbrechen würde. Weil dieser Strahler Licht über verhaltensorientierte relevanten Gewebe Volumen (≈ 10 mm3) ohne größere Marktdurchdringung Schaden als eine herkömmliche optische Faser liefert, erleichtert es Verhaltensstudien mit Optogenetik bei nichtmenschlichen Primaten.
Optogenetische-Tools, die für eine Millisekunde-präzise, lichtgetriebenen neuronale Steuerung ermöglichen werden häufig verwendet, um funktionelle Physiologie und das Verhalten in Nagetieren und Wirbellosen zu studieren. Technische Herausforderungen haben jedoch die Verwendung der Optogenetik im Gehirn von Primaten, begrenzt, die ein Volumen ~ 100 x größer als das Nagetier Gehirn 1hat.
Zur Erleichterung der Optogenetik Studien in nicht-menschlichen Primaten ein Illuminator wurde entwickelt, um zwei konkurrierende Ziele: großvolumige Beleuchtung und minimale Penetration Schaden. Frühere Versuche, Adresse eines dieser Anliegen sind bei den teuren des anderen! Bündel von Fasern Leuchten größere Mengen aber mit größerem Durchmesser und damit Schaden2,3. Konische Glasfasern eindringen Schaden, sondern nur knapp Licht emittierende Flächen reduziert < 100 µm2 4,5. Externe Gehirn Beleuchtung durch ein Fenster in die Dura umgeht die Herausforderung der Durchdringung Schaden und kann für großvolumige Beleuchtung ermöglichen, aber es kann nur für ein paar oberflächliche Gehirn Bereiche6verwendet werden.
Erstellen Sie eine großvolumige, kleine Durchmesser Strahler (Abbildung 1a), geätzt die Spitze eines Kunststoffs optische Faser ist Hitze verjüngt und Kern und Mantel sind (Abbildung 1 bC). Im Gegensatz zu anderen konischen Fasern, das Licht zu einem schmalen Punkt konzentrieren, ermöglicht die Radierung Licht gleichmäßig aus den Seiten der Spitze, also Verteilung von Licht im großen und ganzen über eine große Fläche (Abbildung 1 de) zu entkommen. Weil eindringen Schäden proportional zum Durchmesser Eindringen ist, diese Beleuchtung keine mehr eindringen Schaden als eine herkömmliche Faser hat, aber es hat > 100 x die Licht emittierende Oberfläche und Licht im weiteren Sinne mit 1/100stel der Lichtleistung Dichte in einem Gehirn phantom (1,75 % Agarose) (Abbildung 1e). Eine Monte Carlo-Modell (Abb. 1f) veranschaulicht den Unterschied bei leichten Ausbreitung zwischen einer herkömmlichen Faser und der großvolumige Beleuchtung bei gleicher Lichtleistung dichten als ihr Licht emittierende Flächen haben. Jeder Strahler ist individuell kalibriert mit einer Ulbricht-Kugel (Abb. 2a, b), um gleichmäßige Lichtverteilung entlang der Spitze (Abbildung 2 c) zu gewährleisten.
Diese großvolumige Illuminator ist mit optogenetische Manipulation von Verhalten und neuronale feuern bei nichtmenschlichen Primaten validiert worden. Die Faserlänge Tipp kann jeder Bereich des Gehirns und jedes Tier individuelle rezeptiven Feld Karte angepasst werden. Die Beleuchtung kann mit einem durchdringenden Elektrode für neuronale Aufnahmen gekoppelt werden, die die Länge der Beleuchtung umfassen. Weiter, weil die Faser jede Farbe des sichtbaren Lichts tragen kann, kann es mit einer der verfügbaren optogenetische Moleküle zur Verfügung gekoppelt werden.
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Hinweis: alle tierische Verfahren gemäß den Richtlinien des NIH und wurden genehmigt durch Massachusetts Institute des Technology Committee on Animal Care.
1. Illuminator Herstellung
2. Beleuchtung-Kalibrierung und Qualitätskontrolle
Hinweis: dieser Methoden für die Kalibrierung zu bewerten, für nicht-Linearität in unterschiedlichen Abständen von der Spitze der Faser Lichtleistung. Ungleichmäßige Lichtverteilung in der Regel ergibt sich aus einem “ holprigen ” oder “ wellig ” taper.
3. in-Vivo-Beleuchtung
Hinweis: hier werden diese Methoden mit ein Plastikmodell anstatt eines nicht-menschlichen Primaten gezeigt.
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Die Beleuchtung des großen Gehirn Volumen bei nichtmenschlichen Primaten ermöglicht die verhaltensrelevanten relevanten optogenetische Manipulation. Acker Et al. (2016) verwendet diese großvolumigen Strahler mit der rot-verschoben Halorhodopsin, Jaws 7 , den zeitlichen Beitrag des Feldes frontalen Auge (FEF), Speicher-geführte Sakkaden in zwei Rhesus-Affen zu studieren. Insbesondere wurden FEF Neuronen mit viralen Vektoren mit Jaws injiziert und dann beleuchtet mit Rotlicht mit den großvo...
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Während optogenetische Werkzeuge weit verbreitet sind, Krankheit und Physiologie bei Nagetieren zu studieren, hat die technische Herausforderung der leuchtenden großes Gehirn Volumen der Nutzung der Optogenetik bei nichtmenschlichen Primaten beschränkt. Bahnbrechende Studien an Affen große leichte Leistungsdichten (~ 100 mW/mm2 bis 20 W/mm2) verwendet, um kleine Mengen, vielleicht beleuchten < 1 mm3und gemeldeten bescheidene Auswirkungen auf das Verhalten mit erregenden Opsins im Kort...
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LCA nimmt zur Kenntnis, Finanzierung von einer NDSEG Gemeinschaft, die NSF GRFP und die Freunde des Instituts McGovern. EP nimmt zur Kenntnis, Finanzierung, die Harry und Eunice Nohara UROP Fund, der MIT Klasse von 1995 UROP Fonds, und die MIT UROP Fund. ESB nimmt zur Kenntnis, Finanzierung von NIH 2R44NS070453-03A1, die IET-Harvey-Preis und den New York Stem Cell Foundation-Robertson Award. RD erkennt Finanzierung von NIH EY017292. Michael Williams half dem Team zu organisieren und Vorräte vor Dreharbeiten.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Kunststoff-Glasfaser | Industrielle Faseroptik | SK-10 | 250 Mikron Durchmesser, Super Eska Linie |
| Abisolierzange | Klein Tools | 11047 | 22 Gauge |
| Schraubstockklemme | Wilton | 11104 | Generische Tischmontierbare Schraubstockklemme |
| Dual-Temperatur-Heißluftpistole | Milwaukee | 8975-6 | 570 / 1.000 ° F |
| Lab Marker | VWR | 52877 | |
| Präpariermikroskop | VistaVision | 82027-156 | Stereomikroskop mit doppeltem Glühlicht, 2x/4x Vergrößerung, erhältlich bei VWR |
| Lab tape | VWR | 89097-972 | 4er Pack violette Farbe; die Farbe des Bandes spielt jedoch keine Rolle |
| Silikonkarbid-Läppblech | ThorLabs | LF5P | 5 Mikron Körnung, 10er Pack |
| Aluminiumoxid-Läppblech | ThorLabs | LF3P | 3 Mikron Körnung, 10er Pack |
| Aluminiumoxid-Läppblech | ThorLabs | LF1P | 1 Mikron Körnung, 10er Pack |
| Kalziniertes Aluminiumoxid-Läppblech | ThorLabs | LF03P | 0,3 Mikron Körnung, 10er Pack |
| Heißmesser | Industrielle Faseroptik | IF370012 | 60 Watt, |
| ThorLabs | FS201 | optional | |
| Edelstahl-Ferrule | Präzisionsfaseroptik | MM-FER2003SS-265 | 265 Mikron Innendurchmesser |
| 1 mL Spritze | BD | 14-823-30 | Luer-Lok-Spitze ist vorzuziehen, um das Risiko von Leckagen zu verringern, ist aber nicht unbedingt erforderlich |
| Kunststoff-Epoxidharz | Industrielle Faseroptik | 40 0005 | |
| 18 Gauge stumpfe Nadel | BD | 305180 | 1,5 Zoll |
| Länge Fusselfreies Tuch (KimWipe) | ThorLabs | KW32 | von vielen Anbietern erhältlich |
| Lichtabsorbierende Folie | ThorLabs | BKF12 | |
| Isolierband | 3M | Temflex 1700 | Optional, kann andere Marken / Modelle ersetzen |
| 26 Gauge scharfe Nadel | BD | 305111 | 0,5 Zoll Länge |
| Mikromanipulator | Siskiyou | 70750000E | kann andere Marken/Modelle ersetzen |
| Steretaktischer Arm | Kopf | 1460 | kann andere Marken/Modelle ersetzen |
| Laserschutzbrille | KenTeK | KCM-6012 | muss basierend auf der Farbe des verwendeten Lasers ausgewählt werden, Beispiel hier |
| angegeben Laser oder andere Lichtquelle | Vortran | Stradus 473-50 | Beispiel für blauen Laser |
| Ulbrichtsche Kugel | ThorLabs | S142C | Angebauter Leistungsmesser, auch bei ThorLabs erhältlich, Artikel #PM100D |
| Ultem Aufnahmekammer | Crist Instrument Firma | 6-ICO-J0 | Kundenspezifisch mit Ausrichtungskerbe |
| Turmmikroantrieb mit Klemmen | NAN | DRTBL-CMS | |
| Führungsrohr | Custom | N/A | Hergestellt aus 25 Gauge Spinal Needle (BD) oder stumpfen Schläuchen |
| NAN | NANDrive | ||
| Kundenspezifisches Gitterdesign | kundenspezifische | Pläne auf Anfrage erhältlich | |
| Stumpfe Pinzette | FischerScientific | 08-875-8A | generische stumpfe Pinzette aus Edelstahl |
| Digitale Messschieber | Neiko | 01407A | Verfügbar auf amazon.com. Kann einen Messschieber mit feinerer Auflösung für genauere Messungen auswählen. |
| Patchkabel | ThorLabs | FG200LCC-custom | Dies ist ein Beispiel für viele mögliche Patchkabel. Solange der Faserdurchmesser kleiner oder gleich dem Faserdurchmesser der großvolumigen Beleuchtung ist und solange die Steckverbinder miteinander verbunden sind, ist jedes Patchkabel (Glas oder Kunststoff, vom Anbieter gekauft oder im Labor hergestellt) für diese Anwendung in Ordnung. |
| Klare Staubschutzkappen | aus Kunststoff ThorLabs | CAPF | Packung mit 25 |
| Keramik-Gegenhülsen | Precision Fiber Products, Inc. | SM-CS1140S |
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