I neuroni sensoriali primari innervano direttamente i tessuti, compresa la pelle, e trasmettono segnali sensoriali al sistema nervoso centrale (midollo spinale o tronco encefalico). I neuroni gangliari del trigemino (TG) innervano la testa e rispondono agli stimoli sensoriali, tra cui il dolore dai denti, dalla regione periorbitale, dalle regioni orofacciali e craniofacciali, dall'articolazione temporo-mandibolare 1,2 e dalle meningi 3,4,5. I neuroni TG variano in dimensioni, livello di mielinizzazione e profili di espressione genica 6,7,8,9. I neuroni più piccoli sono nocicettivi, mentre i neuroni più grandi generalmente rispondono a stimoli meccanici non dolorosi10,11. La disfunzione dei neuroni gangliari del trigemino può sensibilizzare sia i neuroni stessi che i neuroni sensoriali del sistema nervoso centrale (SNC) 11,12.
In un contesto fisiologico normale in condizioni non patologiche, l'attivazione dei neuroni in vivo è necessaria per il dolore, ma fino agli ultimi due decenni, gli strumenti per lo studio dei gangli sensoriali intatti in vivo sono stati limitati al monitoraggio di relativamente pochi neuroni alla volta13. A causa delle concentrazioni citoplasmatiche normalmente basse, dell'afflusso di calcio durante i potenziali d'azione e dell'uso del calcio come segnale citoplasmatico, la dinamica del calcio è un potente surrogato per monitorare i potenziali d'azione o l'attività cellulare in vivo utilizzando indicatori fluorescenti sensibili al calcio. Il razionale di questo metodo è che la microscopia a fluorescenza può monitorare simultaneamente questi indicatori in centinaia o migliaia di neuroni contemporaneamente nei gangli sensoriali periferici dei topi 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 e Ratti 25,26. Questo è un potente vantaggio rispetto ai metodi in grado di monitorare un numero più limitato di neuroni in vivo.
L'obiettivo di questo metodo è l'osservazione diretta della dinamica citoplasmatica del Ca2+ in vivo nel TG in risposta a stimoli meccanici, termici, chimici e ormonali in modelli di dolore da cefalea 19,23,24. Questo metodo può essere utilizzato come complemento al dolore o ad altri test somatosensoriali nell'area orofacciale. L'imaging trigemino in vivo del Ca2+ è stato utilizzato per caratterizzare la codifica termica e sensoriale19,22, studiare classi di meccanocettori27, scoprire una nuova classe di neuroni meccanosensibili28, monitorare le risposte del trigemino alle normali sollecitazioni meccaniche sulle meningi29, studiare gli effetti degli ormoni sulla sensibilità al dolore24, caratterizzare modelli di dolore orofacciale30e i contributori dello studio al dolore indotto dall'astinenza da alcol23.
I topi Pirt-GCaMP3 consentono il monitoraggio dell'attività neurale in vivo perché hanno il sensore Ca2+ GCaMP3 inserito nella regione del promotore del gene Pirt, che è altamente espresso in tutti (>95%) i neuroni sensoriali primari12,18. Questo articolo dimostra una tecnica per l'esecuzione dell'esposizione chirurgica alla TG in vivo e la raccolta e l'analisi dei dati di microscopia dell'indicatore di calcio per la TG sul lato destro dei topi Pirt-GCaMP3 utilizzando la microscopia a scansione laser confocale.