Name: Eccitazione esterna dei neuroni Usando campi elettrici e magnetici in mono e culture bidimensionali (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Scopri la stimolazione elettrica e magnetica di culture neuronali mono e bidimensionali per studiare l'eccitazione neurale. Questo metodo permette di misurare parametri come cronassia e reobase per diagnosticare disturbi cerebrali.

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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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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

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...

L&#39;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&#39;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 dei canali ionici, e anche la regione nel neurone che risponde al campo elettrico 2, 5. Terapeutico neurostimolazione 6, 7, 8, 9, <supclass = &quot;xref&quot;&gt; 10 metodologie sono particolarmente dipendenti da queste informazioni, che può essere cruciale per il targeting aree colpite e per comprendere l&#39;esito della terapia. Tale comprensione può anche aiutare a sviluppare protocolli di trattamento e nuovi approcci per la stimolazione delle diverse aree del cervello. Misurare l&#39;interazione all&#39;interno del cervello in vivo aggiunge una componente importante per questa comprensione, ma è ostacolato dalla imprecisione e bassa la controllabilità delle misure all&#39;interno del cranio. Al contrario, le misurazioni in culture possono essere facilmente eseguite in alto volume con alta precisione, eccellente rapporto segnale rumore prestazioni e un elevato grado di riproducibilità e di controllo. Utilizzando colture una grande varietà di proprietà neuronali del comportamento della rete collettiva può essere chiarita 11, 12, 13, 14, </sup&gt; 15, 16. Analogamente, questo sistema ben controllato è prevista essere altamente efficace nel chiarire il meccanismo che altri metodi di stimolazione di lavoro, ad esempio come apertura del canale durante la stimolazione ottico in neuroni optogenetically attive 17, 18, 19 è responsabile della creazione potenziale d&#39;azione. Qui l&#39;attenzione è rivolta che descriva lo sviluppo e la comprensione di strumenti in grado di eccitare in modo efficiente il neurone tramite un campo elettrico esterno. In questo documento si descrive la preparazione di bidimensionale e unidimensionale colture ippocampali fantasia, stimolazione con diverse configurazioni e l&#39;orientamento di un campo elettrico applicato direttamente dagli elettrodi bagno, e infine stimolazione bidimensionale e modellata culture unidimensionali di un variabili nel tempo del campo magnetico, che induce un campo elettrico5, 20, 21.

<table><tbody><tr><td>APV</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8054</td><td>Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2</td></tr><tr><td>B27 supp</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td>Mezzo di placcatura. Menzionato nella Sezione 1.1.1</td></tr><tr><td>bicuculline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>14343</td><td>Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2</td></tr><tr><td>Borace (tetraborato di sodio decaidrato)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9640</td><td>Borato tampone. Menzionato nella Sezione 1.1.2</td></tr><tr><td>Acido borico</td><td>Frutarom LTD</td><td>5550710</td><td>tampone borato. Menzionato nella sezione 1.1.2</td></tr><tr><td>CaCl2 , 1 M</td><td>Fluka&nbsp;</td><td>21098</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>CNQX</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C239</td><td>Disconnettere la rete. Menzionato nella Sezione 2.4.2</td></tr><tr><td>COMSOL</td><td>COMSOL Inc</td><td>Multiphysics 3.5</td><td>Simulazione numerica. Menzionato nella Sezione 3.5.2</td></tr><tr><td>D-(+)-Glucosio, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65146</td><td>Mezzo di placcatura, Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nelle sezioni 1.1.1 e 1.5.2</td></tr><tr><td>D-PBS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8537</td><td>Colture cellulari. Menzionato nelle sezioni 1.2.4 e 1.2.6</td></tr><tr><td>FCS (FBS)</td><td>Gibco</td><td>12657-029</td><td>Mezzo di placcatura. Menzionato nella Sezione 1.1.1</td></tr><tr><td>Fibronectina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td>Bio Coating. Menzionato nella Sezione 1.2.6</td></tr><tr><td>Fluo4AM</td><td>Life technologies</td><td>F14201</td><td>Imaging di attività spontanea o evocata. Menzionato nelle sezioni 1.5.1, 1.5.3 e 1.5.5</td></tr><tr><td>FUDR</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F0503</td><td>Cambio di supporto. Menzionato nella Sezione 1.4.1</td></tr><tr><td>Gentamicina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G1272</td><td>Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella Sezione 1.1.1</td></tr><tr><td>GlutaMAX 100x</td><td>Gibco</td><td>35050-038</td><td>Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella Sezione 1.1.1</td></tr><tr><td>Hepes, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H0887</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>HI HS</td><td>BI</td><td>04-124-1A</td><td>Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nelle sezioni 1.1.1, 1.4.1 e 1.4.2</td></tr><tr><td>KCl,&nbsp; 3 M</td><td>Merck</td><td>1049361000</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>Laminina&nbsp;</td><td>Rivestimento biologico Sigma-Aldrich</td><td>L2020</td><td>. Menzionato nella Sezione 1.2.6</td></tr><tr><td>MEM x 1</td><td>Gibco</td><td>21090-022</td><td>Mezzo di placcatura, Mezzo di cambio, Mezzo finale. Menzionato nella sezione 1.4.1&nbsp; &nbsp; &nbsp; 1.4.2</td></tr><tr><td>MgCl2 , 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M1028</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>NaCl, 4 M</td><td>Bio-Lab</td><td>19030591</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>Octadecanethiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>01858</td><td>Pulizia di vetrini coprioggetti rivestiti in Cr-Au (colture 1D). Menzionato nella Sezione 1.2.3</td></tr><tr><td>Pluracare F108 NF Prill</td><td>BASF Corparation&nbsp;</td><td>50475278</td><td>Rivestimento di biorifiuto, Bio rivestimento. Menzionato nelle sezioni 1.2.4 e 1.2.6</td></tr><tr><td>Soluzione di poli-L-lisina 0,01%&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&nbsp; P47075</td><td>Promuovere la divisione cellulare. Menzionato nella Sezione 1.1.4</td></tr><tr><td>Saccarosio, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S1888</td><td>Soluzione di registrazione extracellulare. Menzionato nella Sezione 1.5.2</td></tr><tr><td>Tiolo&nbsp;</td>Rivestimento di bio-rigetto <td>Sigma-Aldrich</td><td>1858</td><td>. Menzionato nella Sezione 1.2.3</td></tr><tr><td>URIDINE</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>U3750</td><td>Mezzo di cambio. Menzionato nella Sezione 1.4.1</td></tr><tr><td>Sputtering machine</td><td>AJA International, Inc</td><td>ATC Orion-5Series&nbsp;</td><td>rivestimento del vetro con sottili strati di metallo. Menzionato nella Sezione 1.2.2</td></tr><tr><td>Plotter a penna&nbsp;</td><td>Hewlett Packard</td><td>HP 7475A</td><td>Incisione del motivo sul vetrino coprioggetti rivestito. Menzionato nella Sezione 1.2.5</td></tr><tr><td>Fili di elettrodi&nbsp;</td><td>A-M Systems, Carlsborg WA</td><td>767000</td><td>Stimolazione elettrica di colture neuronali. Menzionato nelle sezioni 2.1, 2.2, 2.3 e 2.4.5</td></tr><tr><td>Generatore di segnali</td><td>BKPrecisione</td><td>4079</td><td>Modellazione del segnale elettrico. Menzionato nella Sezione 2.3</td></tr><tr><td>Amplificatore</td><td>fatto in casa</td><td></td><td>Amplificazione della tensione del segnale dal generatore di segnale agli elettrodi. Menzionato nella Sezione 2.3</td></tr><tr>Matrice<td>di alimentazione</td><td>&nbsp;</td><td>MPS-3005 LK-3&nbsp;</td><td>Alimentazione alla macchina sputtering. Menzionato nella Sezione 1.2.2.3</td></tr><tr><td>Stimolazione magnetica transcranica</td><td>Magstim, Spring Gardens, UK</td><td>Rapid 2</td><td>Stimolazione magnetica della coltura neuronale. Menzionato nelle sezioni 3.1, 3.3 e 3.4</td></tr><tr><td>Epoxy</td><td>Cognis</td><td>Versamid 140</td><td>Fusione di bobine fatte in casa. Menzionato nella Sezione 3.4</td></tr><tr><td>Guscio epossidico</td><td></td><td>EPON 815&nbsp;</td><td>Fusione di bobine fatte in casa. Menzionato nella Sezione 3.4</td></tr><tr><td>Fili di platino di 0,005'' di spessore; Sistemi AM,&nbsp;</td><td>&nbsp; Carlsborg WA&</td><td>nbsp; 767000</td><td>Stimolazione elettrica di colture neuronali. Menzionato nella Sezione 2.1</td></tr><tr><td>Bobina magnetica circolare</td><td>Stimolazione</td> magnetica fatta in casa <td></td><td>della coltura neuronale. Menzionato nella Sezione 3.3</td></tr><tr><td>WaveXpress SW</td><td>B& K Precisione&nbsp;</td><td></td><td>Software di editing della forma d'onda. Menzionato nella Sezione 2.1.32</td></tr><tr><td>Xion Ultra 897</td><td>Andor</td><td></td><td>Telecamera EMCCD sensibile. menzionato nella sezione 2.4.4</td></tr></tbody></table>

eccitazione esterna dei neuroni usando campi elettrici e magnetici in mono e culture bidimensionali

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

Un neurone spara un potenziale d&#39;azione quando il suo potenziale di membrana supera una certa soglia. Nell&#39;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&#39;azione. Fortunatamente, un&#39;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&#39;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&#39;eccitazione può essere creata mediante l&#39;applicazione diretta del campo elettrico tramite elettrodi immersi nel liquido (elettrodi bagno) o inducendo il campo elettrico mediante la creazione remota di impulsi magnetici.

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...

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.

Eccitazione esterna dei neuroni Usando campi elettrici e magnetici in mono e culture bidimensionali

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'obiettivo generale di questo protocollo per la stimolazione elettrica e magnetica di colture monodimensionali e bidimensionali è quello di utilizzare le colture neuronali in modo efficiente come modello ridotto per la stimolazione cerebrale da cui possiamo estrarre informazioni e parametri importanti. L'utilizzo del nostro protocollo di stimolazione elettrica con colture unidimensionali ci consente di misurare parametri specifici relativi all'eccitazione neurale, ad esempio la cronoassia e la reobase in diversi compartimenti del neurone. La tecnica di stimolazione magnetica ci permette di confrontare l'effetto dei campi magnetici rispetto a quelli elettrici sulle colture neuronali.Questo modello ci consente anche di diagnosticare e trattare meglio i disturbi cerebrali. Proponiamo un metodo efficace e semplice per la coltura di reti neuronali in qualsiasi modello di progettazione, anche reti unidimensionali. Possiamo quindi orientare campi magnetici elettrici e variabili nel tempo rispetto a queste reti per separare e osservare i contributi provenienti da diversi compartimenti del neurone.Il vantaggio principale di questa tecnica è che non richiede soggetti umani o modelli animali

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Questo protocollo vengono utilizzati dei metodi utilizzati per stabilire gli ambienti 2D e 3D in custom-designed camere electrotactic, che permette di monitorare le...

Di campo elettrico controllato migrazione diretta di cellule progenitrici neurali in ambienti 2D e 3D

In questo protocollo si dimostra come costruire camere personalizzate che consentono l'applicazione di un campo di corrente elettrica diretta a consentire time-lapse imaging del cervello adulto derivato neurale traslocazione cellula precursore durante galvanotaxis.

Un test Galvanotaxis Analisi della Cinetica precursori neurali migrazione cellulare in un campo applicato esternamente diretto Corrente elettrica

Questo video dimostra lo sviluppo di una coltura neuronale 3D accoppiata a un array di microelettrodi planari con neuroni ippocampali. I neuroni isolati formano una rete 2D sull'area attiva dell'array di microelettrodi e aderiscono alle microsfere di vetro in una piastra multipozzetto con un inserto a membrana. Dopo aver trasferito queste microsfere rivestite di neuroni all'elettrodo, si organizzano in una rete neurale 3D interconnessa.

Costruzione di reti neuronali tridimensionali accoppiate a array di microelettrodi

Questo video dimostra una tecnica per stimolare colture neuronali con pattern lineari con un campo elettrico uniforme e unidirezionale.

Eccitazione esterna di colture neuronali con pattern unidimensionali

Questo video mostra un metodo per stimolare colture neuronali coltivate in un anello circolare modellato su un vetrino coprioggetti, utilizzando un campo magnetico variabile nel tempo.

Stimolazione di colture neuronali modellate mediante un campo magnetico

Il video dimostra la registrazione elettrofisiologica per valutare le connessioni neurali tra i neuroni derivati da iPSC e corticali di ratto, confermando i contatti sinaptici nella co-coltura attivando canali ionici sensibili alla luce e rilevando correnti postsinaptiche.

Valutazione della formazione di connessioni neurali in una co-coltura utilizzando registrazioni elettrofisiologiche

Presentiamo un protocollo per la coltura di espianti di neuroni gangliari murini a spirale primaria su array multi-elettrodi per studiare i profili di risposta neuronale e ottimizzare i parametri di stimolazione. Tali studi mirano a migliorare l'interfaccia neurone-elettrodo degli impianti cocleari a vantaggio dell'udito nei pazienti e del consumo energetico del dispositivo.

Ganglio spirale Neuron Espianto cultura e Elettrofisiologia su Multi Electrode Array

Le cellule neuronali del mouse coltivate su matrici multi-elettrodi mostrano un aumento della risposta dopo stimolazione elettrica. Questo protocollo illustra come coltivare i neuroni, come registrare l'attività e come stabilire un protocollo per formare le reti per rispondere a modelli di stimolazione.

Aumento del tempo della risposta alla rete alla stimolazione delle colture cellulari neuronali sulle matrici di microelettrodi

Questo protocollo descrive l'uso di nanofili di silicio per la biomodulazione ottica intracellulare delle cellule in un metodo semplice e facile da eseguire. La tecnica è altamente adattabile a diversi tipi di cellule e può essere utilizzata sia per applicazioni in vitro che in vivo.

Nanofili di silicio e stimolazione ottica per indagini sull'accoppiamento elettrico intra e intercellulare

In questo studio, presentiamo un protocollo per la differenziazione delle cellule staminali neurali e progenitrici (NPC) indotte esclusivamente dalla stimolazione dell'impulso a corrente continua (DC) in un sistema microfluidico.

Differenziazione delle cellule precursori neurali indotte dal campo elettrico nei dispositivi microfluidici

Questo protocollo descrive il processo passo-passo per costruire stimolatori elettrici e magnetici utilizzati per stimolare i tessuti biologici. Il protocollo include una linea guida per simulare computazalmente campi elettrici e magnetici e la produzione di dispositivi di stimolazione.

Dispositivi elettrici e a campo magnetico per la stimolazione dei tessuti biologici

Scopri la stimolazione elettrica e magnetica di culture neuronali mono e bidimensionali per studiare l'eccitazione neurale. Questo metodo permette di misurare parametri come cronassia e reobase per diagnosticare disturbi cerebrali.

Eccitazione esterna dei neuroni Usando campi elettrici e magnetici in mono e culture bidimensionali

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