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Articolo metodologico

Imaging di calcio in vivo di successo con un microscopio miniaturizzato head-mount nell'amigdala del topo che si comporta liberamente

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DOI:

10.3791/61659

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26 agosto 2020

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In questo articolo

Sommario

L'imaging microendoscopico in vivo del calcio è uno strumento inestimabile che consente il monitoraggio in tempo reale delle attività neuronali negli animali che si comportano liberamente. Tuttavia, l'applicazione di questa tecnica all'amigdala è stata difficile. Questo protocollo mira a fornire una linea guida utile per indirizzare con successo le cellule di amigdala con un microscopio miniaturizzato nei topi.

Abstract

Il monitoraggio in tempo reale in vivo delle attività neuronali negli animali che si muovono liberamente è uno degli approcci chiave per collegare l'attività neuronale al comportamento. A tal fine, è stata sviluppata e applicata con successo a molte strutture cerebrali1,2,3,4,5,6una tecnica di imaging in vivo che rileva i transitori di calcio nei neuroni utilizzando indicatori di calcio geneticamente codificati (GECI), un microscopio a fluorescenza miniaturizzata e una lente indice di rifrazione gradiente (GRIN). Questa tecnica di imaging è particolarmente potente perché consente l'imaging simultaneo cronico di popolazioni cellulari geneticamente definite per un periodo di lungo periodo fino a diverse settimane. Sebbene utile, questa tecnica di imaging non è stata facilmente applicata alle strutture cerebrali che si trovano in profondità nel cervello come l'amigdala, una struttura cerebrale essenziale per l'elaborazione emotiva e la memoria della pauraassociativa 7. Ci sono diversi fattori che rendono difficile l'applicazione della tecnica di imaging all'amigdala. Ad esempio, gli artefatti del movimento di solito si verificano più frequentemente durante l'imaging condotto nelle regioni cerebrali più profonde perché un microscopio a testa impiantato in profondità nel cervello è relativamente instabile. Un altro problema è che il ventricolo laterale è posizionato vicino alla lente GRIN impiantata e il suo movimento durante la respirazione può causare artefatti di movimento altamente irregolari che non possono essere facilmente corretti, il che rende difficile formare una vista di imaging stabile. Inoltre, poiché le cellule nell'amigdala sono solitamente silenziose in uno stato di riposo o anestetizzato, è difficile trovare e mettere a fuoco le cellule bersaglio che esprimono GECI nell'amigdala durante la procedura di base per l'imaging successivo. Questo protocollo fornisce una linea guida utile su come indirizzare in modo efficiente le cellule che esprimono GECI nell'amigdala con microscopio miniaturizzato a testa per un'imaging di calcio in vivo di successo in una regione cerebrale così profonda. Si noti che questo protocollo si basa su un particolare sistema (ad esempio, Inscopix) ma non limitato ad esso.

Introduzione

Il calcio è un secondo messaggero onnipresente, che gioca un ruolo cruciale in quasi tutte le funzioni cellulari8. Nei neuroni, il potenziale d'azione di cottura e l'input sinaptico causano un rapido cambiamento del libero intracellulare [Ca2+]9,10. Pertanto, tracciare i transitori di calcio offre l'opportunità di monitorare l'attività neuronale. I GECI sono potenti strumenti che consentono il monitoraggio [Ca2+] in popolazioni cellulari definite e compartimenti intracellulari11,12. Tra molti tipi diversi d....

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Protocollo

Tutte le procedure sono state approvate dal Comitato etico animale del Korea Advanced Institute of Science and Technology. Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti secondo le linee guida del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali.

NOTA: Questo protocollo consiste in sei passaggi principali: chirurgia dell'iniezione di virus, chirurgia implantare dell'obiettivo GRIN, convalida dell'impianto dell'obiettivo GRIN, attacco della base, registrazione ottica del segnale GCaMP durante un test di comportamento ed elaborazione dei dati (Figura 1A). Ad eccezione della chirurgia, viene utilizzato il pacch....

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Risultati

Convalida dell'impianto dell'obiettivo GRIN
Prima di attaccare cronicamente la base al cervello cementando, l'impianto dell'obiettivo GRIN deve essere convalidato. Negli animali con impianto di lenti di successo, sia GCaMP che esprimono cellule e vasi sanguigni sono stati chiaramente osservati all'interno di un intervallo piana focale determinato dalla distanza tra lente oggettiva del microscopio e lente GRIN impiantata (Figura 2A e B). .......

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Discussione

Le abili tecniche chirurgiche sono essenziali per ottenere un'imaging ottico di calcio in vivo di successo con microscopia miniaturica a testa in regioni cerebrali più profonde come l'amigdala come abbiamo descritto qui. Pertanto, sebbene questo protocollo fornisca una linea guida per processi chirurgici ottimizzati di attacco della piastra di base e impianto dell'obiettivo GRIN, potrebbero essere necessari ulteriori processi di ottimizzazione per i passaggi critici. Come accennato nella sezione del protocollo, le coordi.......

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Dichiarazioni

L'autore non ha nulla da rivelare

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato supportato da sovvenzioni della Samsung Science and Technology Foundation (Project Number SSTF-BA1801-10).

....

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Ago 26GBD302002Chirurgia
AAV1-Syn-GCaMP7b-WPREAddgene104493-AAV1Chirurgia
AAV2/1-CaMKiiα-GFPsu misuraChirurgia
Acrilico-Dentale (Ortho-jet Acrilico Rosa)Lang1334-pinkChirurgia & Attacco della piastra di base Manipolatore
del flusso d'ariaNeurotarNTR000253-04Attacco della piastra di base
AmoxicillinaSIGMAA8523-5GPiastra di
baseINSCOPIX1050-002192Attacco della piastra di base
Coperchio della piastra di baseINSCOPIX1050-002193Attacco della piastra di base
Apparato comportamentale (camera)Coulbourn StrumentoTestcageTest di comportamento
Apparato comportamentale (software)Coulbourn StrumentoFreeze FrameTest di comportamento Gabbia
di carbonioNeurotar180mm x 70mmAttacco piastra di base
CarprofenSIGMAPHR1452-1GChirurgia Software
di elaborazione datiINSCOPIXINSCOPIX Software di elaborazione datiBaseplate Attaccamento & Test di comportamento
DesametasoneSIGMAD1756-500MGTrapano chirurgico
Seyangmarathon-4Fresa chirurgica
ELAUS1/2, Shank104Chirurgia
Ago in vetroWPIPG10165-4
Chirurgia GRIN lens (INSCOPIX Proview Lens Probe)INSCOPIX1050-002208Chirurgia
Hamilton SiringaHamilton84875Chirurgia
Piastra per la testaNeurotarModello 5Chirurgia
Chiave esagonaleINSCOPIX1050-004195Attacco per piastra di base
Computer portatileSamsungNT950XBVChirurgia & Attacco piastra di base Portalenti
, asta stereotassica (kit di impianto INSCOPIX proview)INSCOPIX1050-004223Pinza per
microscopioINSCOPIX1050-002199Microscopio con attacco per piastra di base
, software DAQ, hardwareAttacco per piastra di base INSCOPIXnVista 3.0e Test di comportamento
domestica mobileNeurotarMHC V5Attacco per piastra di base
Braccio sterilizzatoNeurostarChirurgia personalizzataSoftware
per braccio sterilizzatoNeurostarChirurgia personalizzata
Scheda NIStrumentoTest di comportamento
Legame epossidico rimovibileWPIKwik-CastSurgery
Cemento resinoso (Super-bond)Sun medicalSuper bond C& BChirurgia
Vite cranicaStoelting51457Chirurgia
Porta elettrodo stereotassicoASIEH-600Chirurgia
Telaio stereotassicoStoelting51600Chirurgia
Manipolatore stereotassicoStoelting51600Attacco piastra di base
chirurgica chirurgico Gabbia nazionale

Riferimenti

  1. Gonzalez, W. G., Zhang, H., Harutyunyan, A., Lois, C. Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus. Science. 365 (6455), 821-825 (2019).
  2. Ghandour, K., et al. Orchestrated ensemble activities constitute a hippocamp....

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Ristampe e permessi

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