Name: Externe Excitation Neurones Utilisation de champs électriques et magnétiques et des cultures dans One- à deux dimensions (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Apprenez la stimulation électrique et magnétique de cultures neuronales unidimensionnelles et bidimensionnelles pour étudier l'excitation neuronale. Cette méthode permet de mesurer chronaxie et rhéobase et d'améliorer le diagnostic des troubles cérébraux.

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Les auteurs remercient Ofer Feinerman, Fred Wolf, Menahem Segal, Andreas Neef et Eitan Reuveny des discussions très utiles. Les auteurs remercient Ilan Breskin et Jordi Soriano pour développer les premières versions de la technologie. Les auteurs remercient Tsvi Tlusty et Jean-Pierre Eckmann aide les concepts théoriques. Cette recherche a été soutenue par la Fondation Minerva, le Ministère de la Science et de la technologie, Israël et par Israël pour la science subvention 1320-1309 et la science binationale Fondation subvention 2.008.331.

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</ol>

Les auteurs déclarent qu&#39;ils ont pas d&#39;intérêts financiers concurrents.

1D motif est un outil important qui peut être utilisé pour une variété d&#39;applications. Par exemple, nous avons utilisé 1D motifs pour créer des portes logiques à partir des cultures de neurones 29 et plus récemment pour mesurer la Chronaxie et Rhéobase des neurones hippocampiques de rat 5, et le ralentissement de la vitesse de propagation du signal d&#39;activité de mise à feu dans les neurones hippocampiques du syndrome de Down par rapport à la type sauvage (WT) neuro...

L&#39;interaction entre les neurones et les champs électriques externes a des implications fondamentales et des aspects pratiques. Bien qu&#39;il soit connu depuis les temps de Volta qu&#39;un champ électrique appliqué de l&#39;extérieur peut exciter le tissu, les mécanismes responsables de la production d&#39;un potentiel d&#39;action résultant dans les neurones ne commencent qu&#39;à se dévoiler 1 , 2 , 3 , 4 . Cela comprend la recherche de réponses aux questions concernant le mécanisme qui provoque la dépolarisation du potentiel membranaire, le rôle des propriétés membranaires et des canaux ioniques, et même la région dans le neurone qui répond au champ électrique 2 , 5 . Neurostimulation thérapeutique 6 , 7 , 8 , 9 , <supClass = &quot;xref&quot;&gt; 10 méthodologies sont particulièrement dépendantes de cette information, ce qui peut être crucial pour cibler les zones affligées et pour comprendre les résultats de la thérapie. Une telle compréhension peut également aider à développer des protocoles de traitement et de nouvelles approches pour la stimulation de différentes zones dans le cerveau. La mesure de l&#39;interaction dans le cerveau in vivo ajoute une composante importante à cette compréhension, mais elle est entravée par l&#39;imprécision et la faible maîtrise des mesures au sein du crâne. En revanche, les mesures dans les cultures peuvent être facilement réalisées en volume élevé avec une grande précision, une excellente performance signal à bruit et un degré élevé de reproductibilité et de contrôle. En utilisant des cultures, une grande variété de propriétés neuronales du comportement du réseau collectif peut être élucidée 11 , 12 , 13 , 14 , </sup&gt; 15 , 16 . De même, on s&#39;attend à ce que ce système bien contrôlé soit très efficace pour élucider le mécanisme par lequel d&#39;autres méthodes de stimulation fonctionnent, par exemple, comment l&#39;ouverture de canal pendant la stimulation optique dans les neurones optogénétiquement actifs 17 , 18 , 19 est responsable de créer un potentiel d&#39;action. Ici, l&#39;accent est mis sur la description du développement et la compréhension des outils qui peuvent exciter efficacement le neurone via un champ électrique externe. Dans cet article, nous décrivons la préparation de cultures hippocampiques bidimensionnelles et unidimensionnelles à motifs, la stimulation utilisant différentes configurations et l&#39;orientation d&#39;un champ électrique directement appliqué par des électrodes de bain et enfin la stimulation de cultures bidimensionnelles et à motifs unidimensionnels par un Champ magnétique variable dans le temps, qui induit un champ électrique5 , 20 , 21 .

<table><tbody><tr><td>APV</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8054</td><td>Déconnectez le réseau. Mentionné dans la section 2.4.2</td></tr><tr><td>B27 supp</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td>Médium de placage. Mentionné dans la Section 1.1.1</td></tr><tr><td>bicuculline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>14343</td><td>Déconnecter le réseau. Mentionné à la section 2.4.2</td></tr><tr><td>Borax (tétraborate de sodium décahydraté)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9640</td><td>Tampon au borate. Mentionné à la section 1.1.2</td></tr><tr><td>Acide borique</td><td>Frutarom LTD</td><td>5550710</td><td>Tampon borate. Mentionné à la section 1.1.2</td></tr><tr><td>CaCl2 , 1 M</td><td>Fluka&nbsp ;</td><td>21098</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné dans la Section 1.5.2</td></tr><tr><td>CNQX</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C239</td><td>Déconnectez le réseau. Mentionné à la section 2.4.2</td></tr><tr><td>COMSOL</td><td>COMSOL Inc</td><td>Multiphysics 3.5</td><td>Simulation numérique. Mentionné à la section 3.5.2</td></tr><tr><td>D-(+)-glucose, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65146</td><td>Milieu de placage, solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné dans les sections 1.1.1 et 1.5.2</td></tr><tr><td>Cultures cellulaires D-PBS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8537</td><td>. Mentionné dans les sections 1.2.4 et 1.2.6</td></tr><tr><td>FCS (FBS)</td><td>Gibco</td><td>12657-029</td><td>Agent de placage. Mentionné dans la section 1.1.1</td></tr><tr><td>Fibronectin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td>Bio Coating. Mentionné à la section 1.2.6</td></tr><tr><td>Fluo4AM</td><td>Life technologies</td><td>F14201</td><td>Imagerie de l’activité spontanée ou évoquée. Mentionné dans les sections 1.5.1, 1.5.3 et 1.5.5</td></tr><tr><td>FUDR</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F0503</td><td>Milieu changeant. Mentionné dans la section 1.4.1</td></tr><tr><td>Gentamycin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G1272</td><td>Milieu de placage, Milieu changeant, Milieu final. Mentionné dans la section 1.1.1</td></tr><tr><td>GlutaMAX 100x</td><td>Gibco</td><td>35050-038</td><td>Milieu de placage, Milieu changeant, Milieu final. Mentionné à la section 1.1.1</td></tr><tr><td>Hepes, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H0887</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné à la section 1.5.2</td></tr><tr><td>HI HS</td><td>BI</td><td>04-124-1A</td><td>Milieu de placage, Milieu changeant, Milieu final. Mentionné aux sections 1.1.1, 1.4.1 et 1.4.2</td></tr><tr><td>KCl,&nbsp ; 3 M</td><td>Merck</td><td>1049361000</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné à la section 1.5.2</td></tr><tr><td>Laminine&nbsp ;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L2020</td><td>Bio Coating. Mentionné dans la section 1.2.6</td></tr><tr><td>MEM x 1</td><td>Gibco</td><td>21090-022</td><td>Médium de placage, Milieu changeant, Milieu final. Mentionné à l’article 1.4.1 &nbsp ; &nbsp ; 1.4.2</td></tr><tr><td>MgCl2 , 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M1028</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné à la section 1.5.2</td></tr><tr><td>NaCl, 4 M</td><td>Bio-Lab</td><td>19030591</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné dans la section 1.5.2</td></tr><tr><td>Octadécanéthiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>01858</td><td>Nettoyage des lamelles enrobées de Cr-Au (cultures 1D). Mentionné à la section 1.2.3</td></tr><tr><td>Pluracare F108 NF Prill</td><td>BASF Corparation&nbsp ;</td><td>50475278</td><td>Revêtement de bio-réjection, revêtement biologique. Mentionné dans les rubriques 1.2.4 et 1.2.6</td></tr><tr><td>Solution de poly-L-lysine à 0,01 %.</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&nbsp ; P47075</td><td>Favorise la division cellulaire. Mentionné à la section 1.1.4</td></tr><tr><td>Saccharose, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S1888</td><td>Solution d’enregistrement extracellulaire. Mentionné à la section 1.5.2</td></tr><tr><td>Thiol&nbsp ;</td>Revêtement de bio-réjection <td>Sigma-Aldrich</td><td>1858</td><td>. Mentionné dans la Section 1.2.3</td></tr><tr><td>URIDINE</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>U3750</td><td>Milieu changeant. Mentionné à la section 1.4.1</td></tr><tr><td>Machine de pulvérisation AJA</td><td>International, Inc</td><td>ATC Orion-5Series&nbsp ;</td><td>revêtement du verre avec de fines couches de métal. Mentionné dans la section 1.2.2</td></tr><tr><td>Traceur de stylo</td><td>Hewlett Packard&nbsp ;</td><td>HP 7475A</td><td>Gravure du motif sur la lamelle revêtue. Mentionné à la section 1.2.5</td></tr><tr><td>Fils d’électrodes&nbsp ;</td><td>A-M Systems, Carlsborg WA</td><td>767000</td><td>Stimulation électrique de cultures neuronales. Mentionné aux sections 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4.5</td></tr><tr><td>Générateur de signaux</td><td>BKPrecision</td><td>4079</td><td>Mise en forme du signal électrique. Mentionné dans la section 2.3</td></tr><tr><td>Amplificateur</td><td>maison</td><td></td><td>Amplification de tension du signal du générateur de signaux vers les électrodes. Mentionné dans la section 2.3</td></tr><tr><td>Matrice d’alimentation&nbsp ;</td><td></td><td>MPS-3005 LK-3&nbsp ;</td><td>Alimentation de la machine à pulvériser. Mentionné dans la section 1.2.2.3</td></tr><tr><td>Stimulation magnétique transcrânienne</td><td>Magstim, Spring Gardens, Royaume-Uni</td><td>Rapid 2</td><td>Stimulation magnétique de la culture neuronale. Mentionné dans les sections 3.1, 3.3 et 3.4</td></tr><tr><td>Epoxy</td><td>Cognis</td><td>Versamid 140</td><td>Coulée de bobines faites maison. Mentionné dans la section 3.4</td></tr><tr><td>Coque époxy</td><td></td><td>EPON 815&nbsp ;</td><td>Coulée de bobines faites maison. Mentionné à la section 3.4</td></tr><tr><td>Fils de platine 0,005'' d’épaisseur ; Systèmes A-M,&nbsp ;</td><td>&nbsp ; Carlsborg WA&</td><td>nbsp ; 767000</td><td>Stimulation électrique de cultures neuronales. Mentionné dans la section 2.1</td></tr><tr><td>Bobine magnétique circulaire</td><td>Stimulation magnétique maison</td><td></td><td>de la culture neuronale. Mentionné à la section 3.3</td></tr><tr><td>WaveXpress SW</td><td>B& K Précision&nbsp ;</td><td></td><td>Logiciel d’édition de formes d’onde. Mentionné dans la Section 2.1.32</td></tr><tr>Caméra EMCCD<td>Xion Ultra 897</td><td>Andor</td><td></td><td>Sensitive. Mentionné à la section 2.4.4</td></tr></tbody></table>

externe excitation neurones utilisation de champs électriques et magnétiques et des cultures dans one- à deux dimensions

External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures

Un neurone se déclenche un potentiel d&#39;action lorsque son potentiel de membrane dépasse un certain seuil. Dans l&#39;activité typique du cerveau, cela se produit à la suite d&#39;intrants chimiques à ses synapses. Cependant, les neurones peuvent également être excités par un champ électrique imposé. En particulier, les applications cliniques récentes activent des neurones en créant un champ électrique externe. Il est donc intéressant d&#39;étudier comment le neurone répond au champ extérieur et ce qui cause le potentiel d&#39;action. Heureusement, une application précise et contrôlée d&#39;un champ électrique extérieur est possible pour les cellules neuronales embryonnaires qui sont excisés, dissocié et cultivées dans des cultures. Cela permet à l&#39;enquête sur ces questions dans un système hautement reproductible. Dans cet article, quelques-unes des techniques utilisées pour l&#39;application contrôlée de champ électrique externe sont passés en revue sur les cultures neuronales. Les réseaux peuvent être soit une dimension, à savoir un motif en lineaR forme ou autorisées à se développer sur tout le plan du substrat, et donc deux dimensions. De plus, l&#39;excitation peut être créé par l&#39;application directe du champ électrique par des électrodes immergées dans le fluide (électrodes de bain) ou en induisant le champ électrique à l&#39;aide de la création à distance d&#39;impulsions magnétiques.

Le protocole présenté permet un modelage facile des cultures neuronales. Lorsqu'il est combiné avec plusieurs méthodes, nous avons développé pour la stimulation, il permet de mesurer certaines propriétés intrinsèques du neurone telles que Chronaxie et Rheobase 5 , pour comparer les propriétés des neurones sains et malades 27 , pour trouver des moyens optimaux de stimuler les cultures en fonction de Leur structure et beaucoup d'autres approc...

cultures sont un bon Neuronal modèle pour l&#39;étude des techniques nouvelles de stimulation du cerveau par leurs effets sur les neurones individuels ou une population de neurones. Présentés ici sont des méthodes différentes pour la stimulation des cultures de neurones à motifs par un champ électrique produit par des électrodes directement de bain ou induite par un champ magnétique variant dans le temps.

Externe Excitation Neurones Utilisation de champs électriques et magnétiques et des cultures dans One- à deux dimensions

A neuron will fire an action potential when its membrane potential exceeds a certain threshold. In typical activity of the brain, this occurs as a result ...

L’objectif global de ce protocole pour la stimulation électrique et magnétique de cultures unidimensionnelles et bidimensionnelles est d’utiliser efficacement les cultures neuronales comme modèle réduit de stimulation cérébrale à partir duquel nous pouvons extraire des informations et des paramètres importants. L’utilisation de notre protocole de stimulation électrique avec des cultures unidimensionnelles nous permet de mesurer des paramètres spécifiques liés à l’excitation neuronale, par exemple, la chronaxie et la rhéobase dans différents compartiments du neurone. La technique de stimulation magnétique nous permet de comparer l’effet des champs magnétiques par rapport aux champs électriques sur les cultures neuronales.Ce modèle nous permet également de mieux diagnostiquer et traiter les troubles cérébraux. Nous proposons une méthode efficace et facile pour cultiver des réseaux neuronaux dans n’importe quel modèle de conception, même les réseaux unidimensionnels. Nous pouvons ensuite orienter des champs magnétiques électriques et variables dans le temps par rapport à ces réseaux pour séparer et observer les contributions des différents compartiments du neurone.Le principal avantag

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Ce protocole illustre des méthodes utilisées pour établir des environnements 2D et 3D dans les chambres electrotactic conçus sur mesure, qui permettent de suivre les...

Champ électrique contrôlé par les migrations des Réalisé cellules progénitrices neurales dans des environnements 2D et 3D

Dans ce protocole, nous allons montrer comment construire des chambres personnalisées qui permettent l'application d'un champ électrique à courant continu pour permettre imagerie time-lapse de cerveau adulte dérivé de neurones translocation cellule précurseur pendant galvanotaxie.

Un test galvanotaxie pour l&#39;analyse de la cinétique précurseurs neuronaux migration des cellules dans un champ appliqué de l&#39;extérieur électrique à courant continu

Cette vidéo démontre le développement d’une culture neuronale 3D couplée à un réseau de microélectrodes planes avec des neurones de l’hippocampe. Les neurones isolés forment un réseau 2D sur la zone active du réseau de microélectrodes et adhèrent aux microbilles de verre dans une plaque multipuits avec un insert de membrane. Lors du transfert de ces microbilles enrobées de neurones dans l’électrode, elles s’organisent en un réseau neuronal 3D interconnecté.

Construire des réseaux neuronaux tridimensionnels couplés à des réseaux de micro-électrodes

Cette vidéo démontre une technique pour stimuler des cultures neuronales à motifs linéaires avec un champ électrique uniforme et unidirectionnel.

Excitation externe de cultures neuronales à motifs unidimensionnels

Cette vidéo montre une méthode pour stimuler des cultures neuronales cultivées en un anneau circulaire à motifs sur une lamelle, en utilisant un champ magnétique variant dans le temps.

Stimulation de cultures neuronales structurées par un champ magnétique

La vidéo montre un enregistrement électrophysiologique permettant d’évaluer les connexions neuronales entre les neurones corticaux dérivés d’iPSC et les neurones corticaux de rat, confirmant les contacts synaptiques dans la co-culture en activant les canaux ioniques sensibles à la lumière et en détectant les courants postsynaptiques.

Évaluation de la formation de connexions neuronales dans une co-culture à l’aide d’enregistrements électrophysiologiques

Nous présentons un protocole pour cultiver des explants primaires de neurones murins du ganglion spiralé sur des réseaux multi-électrodes afin d’étudier les profils de réponse neuronale et d’optimiser les paramètres de stimulation. Ces études visent à améliorer l’interface neurone-électrode des implants cochléaires au profit de l’audition des patients ainsi que de la consommation d’énergie du dispositif.

Spiral Ganglion Neuron Explantation Culture et électrophysiologie sur multi-électrodes Arrays

Les cellules neuronales de la souris cultivées sur des matrices multi-électrodes affichent une augmentation de la réponse suite à une stimulation électrique. Ce protocole démontre comment culture des neurones, comment enregistrer l'activité et comment établir un protocole pour former les réseaux pour répondre aux modèles de stimulation.

Augmentation de la réponse du réseau à la stimulation des cultures cellulaires neuronales sur les tableaux de microélectrodes

Ce protocole décrit l’utilisation de nanofils de silicium pour la biomodulation optique intracellulaire des cellules dans une méthode simple et facile à exécuter. La technique est très adaptable à divers types de cellules et peut être utilisée pour des applications in vitro ainsi que in vivo.

Nanofils de silicium et stimulation optique pour les études de couplage électrique intra- et intercellulaire

Dans cette étude, nous présentons un protocole pour la différenciation des cellules souches neurales et progénitrices (PNJ) uniquement induite par la stimulation par impulsions à courant direct (DC) dans un système microfluidique.

Différenciation des cellules précurseurs neuronales induites par le champ électrique dans les appareils microfluidiques

Ce protocole décrit le processus étape par étape pour construire des stimulateurs électriques et magnétiques utilisés pour stimuler les tissus biologiques. Le protocole comprend une ligne directrice pour simuler les champs électriques et magnétiques informatiques et la fabrication d’appareils stimulateurs.

Dispositifs électriques et magnétiques de champ pour la stimulation des tissus biologiques

Apprenez la stimulation électrique et magnétique de cultures neuronales unidimensionnelles et bidimensionnelles pour étudier l'excitation neuronale. Cette méthode permet de mesurer chronaxie et rhéobase et d'améliorer le diagnostic des troubles cérébraux.

Externe Excitation Neurones Utilisation de champs électriques et magnétiques et des cultures dans One- à deux dimensions

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