Un protocole pour construire un illuminateur pénétration tissulaire pour fournir la lumière au-dessus de grands volumes dont le diamètre minimal est présenté.
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Article de méthode
Un protocole pour construire un illuminateur pénétration tissulaire pour fournir la lumière au-dessus de grands volumes dont le diamètre minimal est présenté.
Ce protocole décrit un illuminateur de grand volume, qui a été développé pour des manipulations d’optogenetic dans le cerveau de primate non humain. L’illuminateur est une fibre optique à mis à jour le plastique avec embout gravé, tels que la superficie d’émettant de la lumière est > 100 fois celui d’une fibre conventionnelle. En plus de décrire la construction de l’illuminateur de grand volume, ce protocole détaille l’étalonnage de contrôle de la qualité utilisé pour assurer la distribution même la lumière. De plus, ce protocole décrit des techniques pour insérer et retirer l’illuminateur de grand volume. Les structures superficielles et profondes peuvent être éclairés. Ce projecteur grand volume n’a pas besoin d’être physiquement couplée à une électrode, et parce que l’éclairage est fait de plastique, pas de verre, il se pliera simplement dans des circonstances, lorsque des fibres optiques traditionnelles serait briser. Car cet illuminateur distribue la lumière sur les volumes de tissus pertinents sur le plan comportemental (≈ 10 mm3) sans dommage de pénétration supérieure à une fibre optique conventionnelle, il facilite les études comportementales chez les primates non humains à l’aide d’optogenetics.
Optogenetic outils, qui permettent un contrôle neuronal milliseconde-précis et axée sur la lumière sont largement utilisés pour étudier la physiologie fonctionnelle et le comportement des rongeurs et des invertébrés. Toutefois, des défis techniques ont limité l’utilisation d’optogenetics dans le cerveau de primate non humain, qui a un volume ~ 100 x plus grand que le cerveau de rongeurs 1.
Pour faciliter les études d’optogenetics chez les primates non humains, enlumineur a été conçu pour répondre à deux objectifs contradictoires : illumination de grand volume et dommages de pénétration minimale. Les tentatives précédentes pour relever l’un de ces préoccupations sont venus à la coûteuse de l’autre. Faisceaux de fibres s’allument plus grands volumes mais avec diamètre augmenté et, par conséquent, dommages2,3. Fibre de verre coniques réduire les dommages de pénétration, mais étroitement mise au point de lumière émettant des surfaces < 100 µm2 4,5. Illumination de cerveau externe à travers une vitre dans la dure-mère contourne le défi des dommages de la pénétration et peut permettre pour l’éclairage de volume important, mais il seulement peut être utilisé pour quelques de zones cérébrales superficielles6.
Pour créer un illuminateur de grand volume, petit diamètre (Figure 1 a), la pointe d’un plastique optique fibre est conique de la chaleur et le noyau et le revêtement sont gravés (Figure 1 bc). Contrairement à d’autres fibres coniques qui se concentrent la lumière à un point précis, la gravure permet à la lumière de s’échapper uniformément sur les côtés de la pointe, ainsi, distribuer la lumière largement sur une grande surface (Figure 1 de). Parce que les dommages de pénétration sont proportionnel au diamètre de la pénétration, ce projecteur a aucun dommage de pénétration plus qu’une fibre conventionnelle, pourtant, il a > 100 x la lumière émettant une lumière de zone et livre surface plus large avec 1/100e la puissance lumineuse densité dans un cerveau fantôme (1,75 % d’agarose) (Figure 1e). Un modèle Monte Carlo (Figure 1f) illustre la différence dans la propagation de lumière entre une fibre conventionnelle et l’illuminateur de grand volume lorsqu’ils ont des densités de puissance lumineuse égale comme leur éclairantes. Chaque projecteur est calibré individuellement à l’aide d’une sphère d’Ulbricht (Figure 2 a, b) pour assurer la distribution même la lumière le long de la pointe (Figure 2c).
Ce projecteur grand volume a été validé avec optogenetic manipulation du comportement et de décharge neuronale chez les primates non humains. La longueur de pointe de fibre peut-être être personnalisée à une zone du cerveau et au mappage de champ réceptif individuels de chaque animal. L’illuminateur peut être couplé avec une électrode pénétrante pour les enregistrements neuronales qui s’étendent sur la durée de l’éclairement. En outre, parce que la fibre peut porter n’importe quelle couleur de la lumière visible, il peut être couplé avec n’importe lequel des molécules disponibles optogenetic disponibles.
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Remarque : toutes les procédures d’animaux étaient selon les directives des NIH et ont été approuvés par le Massachusetts Institute Technology Comité de protection des animaux.
1. illuminateur Fabrication
2. Illuminateur d’étalonnage et de contrôle de la qualité
Remarque : ces méthodes pour l’étalonnage évaluer pour la non-linéarité à différentes distances de l’extrémité de la fibre de sortie de lumière. Inégale répartition de la lumière résulte généralement d’un “ bosselé ” ou “ ondulé ” cône.
3. in Vivo de l’Illumination
Remarque : ici, ces méthodes sont indiquées à l’aide d’un modèle en plastique plutôt qu’un primate non-humain.
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L’éclairage des volumes de gros cerveau chez les primates non humains permet pour une manipulation optogenetic pertinentes sur le plan comportemental. Acker et al. (2016) utilisé cette illuminateur de grand volume avec le Halorhodopsin décalée vers le rouge, Jaws 7 pour étudier la contribution temporelle du champ œil frontal (FEF) pour mémoire guidée par saccades dans deux singes rhésus. Plus précisément, les neurones FEF ont été injectés avec un vecteur viral contenant des mâchoires et p...
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Alors que les outils d’optogenetic sont largement utilisés pour étudier la maladie et la physiologie chez les rongeurs, le défi technique de volumes de gros cerveau éclairante a limité l’utilisation des optogenetics chez les primates non humains. Pionnier des études chez le singe utilisé des densités de grande puissance lumineuse (~ 100 mW/mm2 à 20 L/mm2) pour illuminer de petits volumes, peut-être < 1 mm3et effets comportements modestes rapportés avec excitateurs opsines dans le cort...
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LCA reconnaît financé par une bourse NDSEG, la NSF GRFP et les amis de l’Institut de McGovern. EP reconnaît le Harry et Eunice Nohara t fonds, la classe MIT du fonds t 1995 et le MIT t fonds de financement. ESB reconnaît financement de NIH 2R44NS070453-03A1, le prix Harvey de IET et le prix de Fondation-Robertson de cellules souches de New York. RD reconnaît financement du NIH EY017292. Michael Williams a aidé l’équipe à organiser et rassembler les fournitures avant le tournage.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Fibre optique en plastique | Fibre optique industrielle | SK-10 | 250 microns de diamètre, ligne Super Eska |
| Dénudeuse | Klein Tools | 11047 | Pince |
| d’étau | Wilton | 11104 | Pince d’étau générique pour montage sur table |
| Pistolet thermique à double température | Milwaukee | 8975-6 | 570 / 1 000 ° ; F |
| Marqueur de laboratoire | VWR | 52877 | |
| Microscope de dissection | VistaVision | 82027-156 | Stéréomicroscope avec double lumière incandescente, grossissement 2X/4X, disponible chez VWR |
| Ruban de laboratoire | VWR | 89097-972 | Paquet de 4 de couleur violette ; cependant, la couleur du ruban n’a pas d’importance |
| Feuille de rodage en carbure de silicium | ThorLabs | LF5P | grain de 5 microns, paquet de 10 |
| Feuille de rodage en oxyde d’aluminium | ThorLabs | LF3P | grain 3 microns, paquet de 10 |
| Feuille de rodage en oxyde d’aluminium | ThorLabs | LF1P | grain 1 micron, paquet de 10 |
| Feuille de rodage en alumine calcinée | ThorLabs | LF03P | grain 0,3 micron, paquet de 10 |
| Couteau chaud | Fibre optique industrielle | IF370012 | 60 Watt, portée |
| d’inspection de la fibre robusteThorLabs | FS201 | en option | |
| Virole en acier inoxydable | Fibre optique de précision | MM-FER2003SS-265 | 265 microns de diamètre intérieur |
| de 1 mL | BD | 14-823-30 | L’embout Luer-lok est préférable pour réduire le risque de fuite, mais n’est pas strictement nécessaire |
| Époxy plastique | Fibre optique industrielle | 40 0005 | |
| Aiguille émoussée de calibre 18 | BD | 305180 | Lingette non pelucheuse de 1,5 pouce |
| de longueur (KimWipe) | ThorLabs | KW32 | disponible auprès de nombreux fournisseurs |
| Feuille absorbante légère | ThorLabs | BKF12 | |
| Ruban isolant | 3M | Temflex 1700 | En option, peut remplacer d’autres marques / modèles |
| Aiguille pointue de calibre 26 ; | BD | 305111 | d’une longueur de 0,5 pouce |
| Le micromanipulateur | Siskiyou | 70750000E | peut remplacer d’autres marques/modèles |
| Le bras stérétactique | Kopf | 1460 | peut remplacer d’autres marques/modèles |
| Lunettes de sécurité laser | KenTeK | KCM-6012 | doit être sélectionné en fonction de la couleur du laser utilisé, exemple donné ici |
| Laser ou autre source lumineuse | vortran | Stradus 473-50 | exemple de laser bleu |
| Sphère d’intégration | ThorLabs | S142C | Capteur de puissance attaché, également disponible chez ThorLabs, article #PM100D |
| Chambre d’enregistrement Ultem Instrument | Crist entreprise | 6-ICO-J0 | Personnalisé avec encoche d’alignement |
| Micro-entraînement tour avec pinces | NAN | DRTBL-CMS | |
| Tube de guidage Personnalisé | N/A | Fabriqué à partir d’une aiguille spinale (BD) de calibre 25 ou d’un tube émoussé | |
| Système d’entraînement NAN | NAN | NANDrive | |
| Conception de grille personnalisée | personnalisés | disponibles sur demande | |
| Pince émoussée | FischerScientific | 08-875-8A | Pince émoussée générique en acier inoxydable |
| Étriers numériques | Neiko | 01407A | Disponible sur amazon.com. Sélectionner, s’il y a lieu, un pied à coulisse de résolution plus fine pour des mesures plus précises. |
| Câble de raccordement | ThorLabs | FG200LCC-custom | Ceci est un exemple de nombreux câbles de raccordement possibles. Tant que le diamètre de la fibre est inférieur ou égal au diamètre de la fibre de l’illuminateur grand volume et tant que les connecteurs s’interfacent, tout câble de raccordement (en verre ou en plastique, acheté par le vendeur ou fabriqué en laboratoire) convient à cette application. |
| Capuchons anti-poussière en plastique transparent | ThorLabs | CAPF | Paquet de 25 |
| manchons d’accouplement fendus en céramique | Precision Fiber Products, Inc. | SM-CS1140S |
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