colture neuronali sono un buon modello per lo studio delle tecniche di stimolazione cerebrale emergenti tramite il loro effetto sui singoli neuroni o di una popolazione di neuroni. Qui presentati sono diversi metodi per la stimolazione di colture neuronali modellate da un campo elettrico prodotto direttamente dalla elettrodi bagno o indotto da un campo magnetico variabile nel tempo.
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Articolo metodologico
Eccitazione esterna dei neuroni Usando campi elettrici e magnetici in mono e culture bidimensionali
In questo articolo
Sommario
Abstract
Un neurone spara un potenziale d'azione quando il suo potenziale di membrana supera una certa soglia. Nell'attività tipica del cervello, questo si verifica come risultato di ingressi chimici alle sue sinapsi. Tuttavia, i neuroni possono anche essere eccitati da un campo elettrico imposto. In particolare, le recenti applicazioni cliniche attivano i neuroni creando un campo elettrico esternamente. È quindi interessante studiare come il neurone risponda al campo esterno e ciò che provoca il potenziale d'azione. Fortunatamente, un'applicazione precisa e controllata di un campo elettrico esterno è possibile per le cellule neuronali embrionali che vengono escise, dissociate e coltivate in colture. Ciò consente di esaminare queste domande in un sistema altamente riproducibile.
In questo lavoro vengono esaminate alcune delle tecniche utilizzate per l'applicazione controllata del campo elettrico esterno sulle culture neuronali. Le reti possono essere unidimensionali, cioè modellate in linear forme o lasciate crescere su tutto il piano del substrato, e quindi bidimensionale. Inoltre, l'eccitazione può essere creata mediante l'applicazione diretta del campo elettrico tramite elettrodi immersi nel liquido (elettrodi bagno) o inducendo il campo elettrico mediante la creazione remota di impulsi magnetici.
Introduzione
L'interazione tra i neuroni e campi elettrici esterni ha implicazioni fondamentali, nonché quelli pratici. Mentre è noto fin dai tempi di Volta che un campo elettrico applicato esternamente può eccitare il tessuto, i meccanismi responsabili per la produzione di un potenziale d'azione risultante in neuroni sono solo di recente iniziando da dipanare 1, 2, 3, 4. Ciò include trovare le risposte alle domande per quanto riguarda il meccanismo che provoca la depolarizzazione del potenziale di membrana, il ruolo di proprietà di membrana e d....
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Protocollo
Etica Dichiarazione: procedure che coinvolgono la movimentazione degli animali sono stati fatti in accordo con le linee guida del Comitato Istituzionale cura degli animali ed uso (IACUC) del Weizmann Institute of Science, e la legge israeliana appropriata. Il Weizmann Institute è accreditato dalla Associazione per la valutazione e l'accreditamento del Laboratorio di Animal Care International (AAALAC). Il Comitato Istituzionale Cura ed uso degli animali Weizmann approvato questo studio, condotto con neuroni dell'ippocampo.
1. Preparazione di bidimensionale (2D) e monodimensionale (1D) Culture Hippocampal
- Preparazione di lamelle ....
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Risultati
Il protocollo presentato permette una facile patterning di colture neuronali. Quando è combinato con vari metodi che abbiamo sviluppato per la stimolazione, permette di effettuare misurazioni di alcune proprietà neuroni intrinseci quali chronaxie e reobase 5, per confrontare le proprietà di neuroni sani e malati 27, per trovare il modo ottimale per stimolare culture come funzione di la loro struttura e molti altri nuovi approcci. Alcuni ese.......
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Discussione
Il pattern di 1D è uno strumento importante che può essere utilizzato per una varietà di applicazioni. Per esempio, abbiamo utilizzato il modello 1D per la creazione di gate logici da culture neuronali 29 e più recentemente per misurare la Chronaxie e la Rheobase dei neuroni ippocampali 5 del ratto e il rallentamento della velocità di propagazione del segnale di attività di cottura nei neuroni ippocampali della sindrome di Down rispetto al Neuroni ippocampali di tipo selva.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Ringraziamenti
Gli autori ringraziano Ofer Feinerman, Fred Wolf, Menahem Segal, Andreas Neef e Eitan Reuveny per molto utili discussioni. Gli autori ringraziano Ilan Breskin e Jordi Soriano per sviluppare le prime versioni della tecnologia. Gli autori ringraziano Tsvi Tlusty e Jean-Pierre Eckmann per aiutare con i concetti teorici. Questa ricerca è stata sostenuta dalla Fondazione Minerva, il Ministero della Scienza e della Tecnologia, Israele, e da parte di Israele Science Foundation grant 1320-1309 e la sovvenzione della Fondazione Bi-National Science 2.008.331.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| APV | Sigma-Aldrich | A8054 | Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2 |
| B27 supp | Gibco | 17504-044 | Mezzo di placcatura. Menzionato nella Sezione 1.1.1 |
| bicuculline | Sigma-Aldrich | 14343 | Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2 |
| Borace (tetraborato di sodio decaidrato) | Sigma-Aldrich | S9640 | Borato tampone. Menzionato nella Sezione 1.1.2 |
| Acido borico | Frutarom LTD | 5550710 | tampone borato. Menzionato nella sezione 1.1.2 |
| CaCl2 , 1 M | Fluka | 21098 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| CNQX | Sigma-Aldrich | C239 | Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2 |
| COMSOL | COMSOL Inc | Multiphysics 3.5 | Simulazione numerica. Menzionato nella Sezione 3.5.2 |
| D-(+)-Glucosio, 1 M | Sigma-Aldrich | 65146 | Mezzo di placcatura, Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nelle sezioni 1.1.1 e 1.5.2 |
| D-PBS | Sigma-Aldrich | D8537 | Colture cellulari. Menzionato nelle sezioni 1.2.4 e 1.2.6 |
| FCS (FBS) | Gibco | 12657-029 | Mezzo di placcatura. Menzionato nella Sezione 1.1.1 |
| Fibronectina | Sigma-Aldrich | F1141 | Bio Coating. Menzionato nella Sezione 1.2.6 |
| Fluo4AM | Life technologies | F14201 | Imaging di attività spontanea o evocata. Menzionato nelle sezioni 1.5.1, 1.5.3 e 1.5.5 |
| FUDR | Sigma-Aldrich | F0503 | Cambio di supporto. Menzionato nella Sezione 1.4.1 |
| Gentamicina | Sigma-Aldrich | G1272 | Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella Sezione 1.1.1 |
| GlutaMAX 100x | Gibco | 35050-038 | Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella Sezione 1.1.1 |
| Hepes, 1 M | Sigma-Aldrich | H0887 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| HI HS | BI | 04-124-1A | Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nelle sezioni 1.1.1, 1.4.1 e 1.4.2 |
| KCl, 3 M | Merck | 1049361000 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| Laminina | Rivestimento biologico Sigma-Aldrich | L2020 | . Menzionato nella Sezione 1.2.6 |
| MEM x 1 | Gibco | 21090-022 | Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella sezione 1.4.1 1.4.2 |
| MgCl2 , 1 M | Sigma-Aldrich | M1028 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| NaCl, 4 M | Bio-Lab | 19030591 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| Octadecanethiol | Sigma-Aldrich | 01858 | Pulizia di vetrini coprioggetti rivestiti in Cr-Au (colture 1D). Menzionato nella Sezione 1.2.3 |
| Pluracare F108 NF Prill | BASF Corparation | 50475278 | Rivestimento di biorifiuto, Bio rivestimento. Menzionato nelle sezioni 1.2.4 e 1.2.6 |
| Soluzione di poli-L-lisina 0,01% | Sigma-Aldrich | P47075 | Promuovere la divisione cellulare. Menzionato nella Sezione 1.1.4 |
| Saccarosio, 1 M | Sigma-Aldrich | S1888 | Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2 |
| Tiolo | Sigma-Aldrich | 1858 | . Menzionato nella Sezione 1.2.3 |
| URIDINE | Sigma-Aldrich | U3750 | Mezzo di cambio. Menzionato nella Sezione 1.4.1 |
| Sputtering machine | AJA International, Inc | ATC Orion-5Series | rivestimento del vetro con sottili strati di metallo. Menzionato nella Sezione 1.2.2 |
| Plotter a penna | Hewlett Packard | HP 7475A | Incisione del motivo sul vetrino coprioggetti rivestito. Menzionato nella Sezione 1.2.5 |
| Fili di elettrodi | A-M Systems, Carlsborg WA | 767000 | Stimolazione elettrica di colture neuronali. Menzionato nelle sezioni 2.1, 2.2, 2.3 e 2.4.5 |
| Generatore di segnali | BKPrecisione | 4079 | Modellazione del segnale elettrico. Menzionato nella Sezione 2.3 |
| Amplificatore | fatto in casa | Amplificazione della tensione del segnale dal generatore di segnale agli elettrodi. Menzionato nella Sezione 2.3 | |
| di alimentazione | MPS-3005 LK-3 | Alimentazione alla macchina sputtering. Menzionato nella Sezione 1.2.2.3 | |
| Stimolazione magnetica transcranica | Magstim, Spring Gardens, UK | Rapid 2 | Stimolazione magnetica della coltura neuronale. Menzionato nelle sezioni 3.1, 3.3 e 3.4 |
| Epoxy | Cognis | Versamid 140 | Fusione di bobine fatte in casa. Menzionato nella Sezione 3.4 |
| Guscio epossidico | EPON 815 | Fusione di bobine fatte in casa. Menzionato nella Sezione 3.4 | |
| Fili di platino di 0,005'' di spessore; Sistemi AM, | Carlsborg WA& | nbsp; 767000 | Stimolazione elettrica di colture neuronali. Menzionato nella Sezione 2.1 |
| Bobina magnetica circolare | Stimolazione | della coltura neuronale. Menzionato nella Sezione 3.3 | |
| WaveXpress SW | B& K Precisione | Software di editing della forma d'onda. Menzionato nella Sezione 2.1.32 | |
| Xion Ultra 897 | Andor | Telecamera EMCCD sensibile. menzionato nella sezione 2.4.4 |
Riferimenti
- Nagarajan, S. S., Durand, D. M., Warman, E. N. Effects of induced electric fields on finite neuronal structures: a simulation study. IEEE Trans Biomed Eng. 40 (11), 1175-1188 (1993).
- Nowak, L. G., Bullier, J. Axons but not cell bodies, are activated by electrical stimulation in cortical gray matter. II. Evidence from selective inactivation of cell bodies and axon init....
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Ristampe e permessi
