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Para la fotólisis estimulación, dosis de exposición (intensidad y tiempo), ubicación de la exposición y geometría de la viga son las variables clave. El sistema descrito en este artículo es capaz de dos vigas de diferentes fotoestimulación, ajustable a través de mover una lente en/fuera de la trayectoria de la luz de fotoestimulación antes la viga entra en el sistema del galvanómetro. Sin este objetivo, el rayo de fotoestimulación llena la pupila de entrada de 60 x / 1,0 NA agua-inmersión [60 x WD] objetivo, produciendo una cerca-difracción limitada, lugar sub-μm en el plano focal dentro de la muestra. Esto se asocia con fotoestimulación con forma de reloj de arena, que se extiende por encima y por debajo de la mancha focal simétrica con el eje óptico. Con la lente insertada en el camino, luz laser de la fotoestimulación se centra en la pupila de la entrada de la lente del objetivo y luego sale como un haz de lápiz. Este rayo, que se espera que sea ~ 10 μm de diámetro para un objetivo de 60 x, extiende uniformemente/verticalmente a lo largo de la muestra. En este modo, la intensidad de la luz en cualquier lugar dado en el punto de estimulación será ~ 1% de la intensidad de mancha pequeña cerca difracción limitada. Así, mayores potencias de láser deben por lo general cuando se utiliza estimulación punto de ~ 10 μm. Para todos los experimentos reportados en este artículo, se utilizó un haz de fotoestimulación tipo reloj de arena.
El poder de la muestra entregada puede trazar contra el ajuste de voltaje de entrada, después de medir la potencia del láser en la muestra usando un medidor de potencia. Estos estudios utilizan un 60 x objetivo de WD con una distancia de 2 mm, pero no está sumergido en el agua para mediciones de energía evitar posibles daños al elemento detector. Listados de objetivos con NA > 0,95 se miden en el aire (sin líquido de inmersión), puede haber pérdidas de reflexión interna total en el elemento de cara frontal de la lente debido al menor índice (aire). En este caso, para una medición más precisa energía de la muestra (para corregir las pérdidas de la reflexión interna total), aumentar la potencia medida por el 1,0 NA objetiva (1.0/0.95)2 medido en el aire. Figura 1a muestra una típica parcela de entrada/salida para 405 nm y láseres visibles de 473 nm que se incorporan en el láser de lanzan sistema en este estudio. Estos sistemas de láser son ideales para control de dosis de exposición de foto estimulación por las siguientes razones: (1) son previamente calibrados para proporcionar potencia lineal directamente en relación con la tensión de entrada (0-5 V), (2) que proporcionan un funcionamiento silencioso del obturador (no laser de la salida), y (3) tienen rápido, control de duración de pulso de intensidad sub-ms (0,1 ms de respuesta). Punto foto-estimulación con un sistema de laser/galvo, calibración rutinaria de MarkPoints puntos es una tarea esencial. Figura 1b (panel izquierdo) muestra un sistema que está fuera de calibración (punto deseado para foto-estimular resulta en estimulación exacta de ese punto, según lo indicado por la ubicación de los orificios de la quemadura), con un retorno a la posición exacta del punto después de la calibración ( Figura 1b, panel derecho).
PA-Nic es modestamente fluorescente (pico de emisión a ~ 510 nm), exhibiendo la eficaz excitación entre 350-450 nm (1 fotón excitación) o 700-900 nm (2 fotones excitación)5. Para visualizar PA-Nic en la aplicación local, PA-Nic (1 mM) se aplicó cerca de tejido cerebral seguido de la proyección de imagen simultánea del contexto de transmisión óptico seccionado de tejido (1) cerebro vía Dodt contraste y (2) la fluorescencia emitida de excitación (900 nm) de Fluorescencia de 2PE PA PA-NIC-Nic era fácilmente perceptible durante la eyección de la presión de una pipeta de aplicación local (Figura 2a). Nicotina y un monoalkylcoumarin, 7-carboxymethylamino-4-metil-cumarina, son los principales productos fotoquímicos de los PA-Nic photolysis de la reacción5. Utilizando la misma imagen ajustes/parámetros que fueron utilizados para la proyección de imagen de PA-Nic, el tejido era reflejado durante la entrega de nicotina (1 mM) o 7-carboxymethylamino-4-metil-cumarina (1 mM). No se detectó ninguna señal fluorescente (Figura 2a, paneles centrales e inferiores), demostrando la especificidad de los resultados de PA-Nic. Por último, PA-Nic se aplicó dentro del tejido de cerebro y emisión de fluorescencia de PA-Nic era reflejada (figura 2b). Este enfoque confirma que PA-Nic está presente en 100-200 μm de la pipeta de aplicación local. Juntos, estos datos confirman que efectivamente sea entregado PA-Nic cerebro tejido mediante aplicación local.
Grabaciones de electrofisiología con simultánea 2PLSM para la visualización de las estructuras celulares requiere al investigador a consideraciones de equilibrio de ambos componentes del experimento, y a menudo está disponible para una ventana de tiempo estrecho (~ 20 min) válido adquisición de datos de muestra de una célula de parcheado. Sin considerar la visualización celular, es mejor práctica para comenzar a grabar tan pronto como sea posible después de robo porque grabación estabilidad tiende a disminuir con el tiempo. Sin embargo, cuando la proyección de imagen es un requisito, consideraciones electrofisiológicas deben permitir suficiente tiempo para fluorescencia concentración aumenta en las estructuras de la pequeña y remota. Esto se ejemplifica mediante el examen de una concentración de colorante llenado curva28, que a veces es útil para derivar cuando un nuevo tipo de célula de la imagen. La figura 3 muestra varias neuronas ejemplo reflejada como Z-stacks via 2PLSM y se derrumbó en una proyección de intensidad máxima para fines de presentación. Figura 3a muestra imágenes de alta calidad donde morfología neuronal parece ser completa, se reduce al mínimo el ruido y escombros no interfieren con la interpretación de la morfología celular. Figura 3b muestra imágenes de baja calidad, debido a una baja relación de señal a fondo y restos substancial. Esta basura aparece a menudo como bolsas esféricas de fluorescencia intensa, derivadas de la expulsión de imágenes provenientes de la pipeta de parche al acercarse a la célula. En particular, inclusión de 100 μm PA-Nic en el baño (al realizar uso del baño) tiende a reducir la proporción de señal a fondo y conduce a contraste de la imagen óptima. Alexa Fluor 568 o 594 a menudo es muy útil en experimentos de aplicación local como un tinte de buscador o como una señal de referencia/normalización normalización 2 PED. Una longitud de onda efectiva para la excitación de dos fotones de estos tintes es ~ 780 nm27, que permite la visualización simultánea de PA-Nic e identificación de compartimentos celulares. Esta longitud de onda, sin embargo, no completamente evitar la fotólisis de dos fotones de PA-Nic5. Alexa Fluor 488 es ventajoso en los experimentos de aplicación de baño de PA-Nic; Cuando excitado con una longitud de onda conveniente ≥900 nm, dos fotones fotólisis de PA-Nic5 pueden evitarse manteniendo la adecuada visualización de los compartimentos celulares.
Figura 4 muestra los datos de ejemplo para localizado PA-Nic laser flash fotólisis en neuronas de MHb en rebanadas de cerebro. Figura 4a (paneles superiores) se muestra un ejemplo de una imagen de «referencia», que es una captura de pantalla de la última imagen de 2PLSM tomada antes de que se ejecutó el protocolo de MarkPoints , con la ubicación del punto de foto estimulación. Figura 4a (inferior paneles de imagen) muestra una vista ampliada de la foto estimulación punto superpuesto en la morfología celular. En los paneles inferiores de la figura 4ase muestra la respuesta electrofisiológica correlacionados de tiempo correspondiente a PA-Nic fotólisis. Trabajos previos demostraron que estas corrientes son sensibles al nAChR antagonistas5. Figura 4b muestra datos representativos de las diferentes células donde fotólisis punto único fue realizado en un intervalo de 1 s o 10 s. mientras que un intervalo de s 10 permitió suficiente tiempo de recuperación de la línea de fondo tenencia actual, un intervalo más corto de s 1 condujo a una aumento gradual de la explotación actual como protocolo procedió. El aumento actual sugiere que la nicotina no tenía suficiente tiempo para la difusión del sistema con el intervalo de 1 Hz29. Tal respuesta temporal análisis deben ser realizado de novo en cualquier nuevo tipo de célula en estudio, como la neurofarmacología del nAChRs puede diferir entre tipos de células.

Figura 1: calibración de fotoestimulación láser. (una) foto estimulación láser potencia de salida. Energía en el plano de la muestra (a través de 60 x / 1.0 objetivo de inmersión en agua de NA) se midió de 405 nm y 473 nm foto estimulación láser en el ajuste de salida indicada. (b) calibración de láser de foto estimulación. Imágenes de captura de pantalla muestran la relación espacial entre el lugar de la foto estimulación previsto y la ubicación correspondiente donde foto estimulación ocurrió (burn-hole) antes (izquierda) y después de la calibración de corriente (derecha) en MarkPoints. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: aplicación local PA-Nic. (a) detección de PA-Nic de un local aplicación pipeta. 1 mM PA-Nic, subproducto de la fotólisis o nicotina fueron disueltos en ACSF, carga en una pipeta de aplicación local y distribuido en el tejido cerebral durante 2PLSM (excitación de 900 nm) proyección de imagen usando la misma configuración de imágenes por cada medicamento. Láser de barrido Dodt contraste transmisión de imagen muestra la pipeta de tejido mientras que un cátodo de GaAsP PMT fue utilizado para capturar la emisión de fluorescencia. (b) PA-Nic (1 mM) fue inundada en tejido cerebral y reflejada a través de 2PLSM como (un) para mostrar la propagación lateral de PA-Nic utilizando su fluorescencia intrínseca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: adquisición de imágenes de microscopía de escaneo de láser de 2 fotones. (a) Z-pilas de 2PLSM óptima. Dos ejemplos de proyecciones de máxima intensidad de 2PLSM Z-stack son aparece para MHb neuronas con dendritas bien resueltas y poco o sin residuos interferentes. (b) 2PLSM óptimo Z-pilas. Se muestran dos ejemplos de proyecciones de máxima intensidad de Z-stack 2PLSM MHb neuronas rodeadas de escombros (tinte expulsado de la pipeta durante el acercamiento de la célula). Este tipo de imágenes es más difícil de interpretar que imágenes como las que se muestran en (un). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: fotólisis de destello láser de PA-NIC. (una) referencia MarkPoints imágenes y corrientes hacia el interior por fotólisis PA-Nic. Para una neurona de MHb, imágenes de crudo de referencia se muestran ensayos de foto estimulación MarkPoints en un solo lugar celular (indicado). Tenga en cuenta que para algunos sitios de foto estimulación (la imagen de la derecha en esta serie), la estructura dendrítica está en foco pero el soma y una dendrita proximal no son. Debajo de cada imagen de referencia, se grafica la corriente hacia adentro uncaging-evocado de nicotina. (b) estímulo entre intervalos para PA-Nic fotólisis. Grabaciones de ejemplar se muestran para MHb neuronas donde fue repetidamente uncaged nicotina en el mismo lugar de perisomatic con un intervalo inter-estímulo de 1 s o 10 s. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.