腹側神経節から神経細胞を培養し、感覚のフィールドをマッピングするために神経支配の皮膚のパッチから記録、腹側神経節の神経細胞からの細胞内記録:この記事では、ヒルを使って3神経系の準備について説明します。
腹側神経節から神経細胞を培養し、感覚のフィールドをマッピングするために神経支配の皮膚のパッチから記録、腹側神経節の神経細胞からの細胞内記録:この記事では、ヒルを使って3神経系の準備について説明します。
淡水ヒル、 ヒルドmedicinalisは 、神経生理学、神経動物行動学、発生生物学の分野で科学的問題に対処するために使用されている汎用性の高いモデル生物である。この報告書の目的は、他の神経系製剤における専門知識を持つ生理学者に使用されるであろう、あるいはほとんど、またはまったく電気生理学の経験を持つ生物学の学生に一つの記事にリーチのシステムからの実験技術を統合することです。私たちは、神経節内の識別された神経回路から細胞内に記録するためのリーチを分析する方法を示します。次に、既知の機能を個々の細胞はシャーレに培養する神経節から削除する方法を示し、どのように文化の中で、これらのニューロンから記録します。その後、我々は、感覚や運動のフィールドをマッピングするために使用される神経支配皮膚のパッチを準備する方法を示しています。これらのリーチ製剤はまだ広く神経networの基本的な電気的特性をアドレス指定するために使用されるKS、行動、シナプス形成、および開発。彼らはまた、神経科学や生理学教授の研究室のための適切なトレーニングモジュールである。
リーチの準備が特定できる(感覚、運動、動物の中枢神経系(CNS)内でインターニューロンの機能を調査するのに便利です。リーチの神経細胞の有用な特性は、その活動電位および生物物理学的特性の形状はのために特徴的であるということである所与の細胞型( すなわち P、N、T、Rz)はまた、ニューロン細胞があれ45日1,2ためのそれらの電気的特性を維持する適切な培地中で培養した動物から除去することができる。
電気生理学的記録を作る方法を学習するためのリーチの神経節の明確な利点は、細胞が特徴的にかつ確実に神経節にし、動物から動物に神経節とは異なる細胞種の同定を可能にするパターンで神経節内に配置されているということです。ユニークなロケーションとリーチ神経節の神経細胞の形態は、早ければ1891年3としてレチウスで注目された。目の知識電子同一性およびニューロンの機能は、神経回路を調査するため、所与の細胞型を用いた実験を行うのに有利である。による神経節内のニューロンの比較的大きな細胞体にそれらを解剖顕微鏡で可視であり、かつ細胞体を選択的にそれらの電気的特性を記録するための微小電極で突き刺され得る。
染料及び大分子は、個々の細胞およびパッチクランプによって研究チャネル特性に注入することができる。様々な神経細胞に特徴的な活動電位の様々な形状を生じるイオン電流は4-7同定されている。神経支配のパターンで調査し、CNS内の個々のニューロンの分岐から、シナプス結合は、識別されたニューロン2,8と文化の中で再現されている。リーチの神経節における研究では、Wholおよびでだけでなく、電気生理学を用いて測定することができる機能的な回路の開発への洞察を提供してきたE動物行動の研究。リーチは、CNSはまた、動物全体での文化4-6,9-12における神経修復および再生に関与するメカニズムを研究するための貴重な準備を務めている。
哺乳類の脳では、個々の識別された神経細胞の性質や接続の面での挙動を説明するための困難な作業である。原則として1は、リーチとしてはあまり複雑なシステムの研究では、高等動物で使用される基本的なメカニズムを定義するために助けることができることを願っています。水泳パターン13,14と心臓15のリズムの根底に使用されている接続がうまくリーチで特徴づけられている。電気的および化学的の両方の通信を形成するために、いくつかのリーチニューロンの能力が興味深い。他は単方向に化学が、双方向の電気7ている間、いくつかの接続が双方向である。動物内のシナプス結合を理解するだけでなく、同じ標準を再作成培養皿内の接続のeは、シナプス形成16〜18だけでなく、シナプス19の薬理学的プロファイリングを調査するための強力なツールです。ここで説明する細胞内記録と刺激技術は、薬理学的アッセイおよび神経動物行動学と開発研究のための基盤を提供します。
また、分節腹側神経索の神経支配、皮膚のパッチで解剖することができる。生きている皮膚のパッチと神経細胞を維持する能力、感覚受容野は、CNS内のそれぞれの腹部神経節内の感覚ニューロンの細胞体( すなわち細胞体)からの電気信号を記録することで調べることができる。それによって、1は皮膚に力を様々な程度を適用することにより、感覚終末の感度を評価し、受容野をマップすることができます。軽いタッチ、圧力、および有害(痛みを伴う)20,21を刺激。
このリーチ神経節の皮膚の準備の利点は、1 CAN解剖学的に受容野マップを描き、電気的応答が記録されて一旦同定ニューロンへの神経突起をトレースします。以下の3つのリーチ実験は、すべての学術研究室のために、このコスト効果的な教育モジュールを作る単一の検体で複数回完了することができる。
1。電極および生理食塩液の調製
2。腹側神経節の解剖
3。腹側神経節の準備から培養したニューロン
5。蛍光色素を注入する
リーチの神経節内の感覚ニューロンからの細胞内記録を図4(c)に示す、その個別の電圧-時間トレースによって特徴づけられる。健康なリーチ神経節細胞における休止細胞膜電位は-45〜-60 mVである。電位が小さい(より負)であれば1はガラス電極を変更する必要があり、または潜在的にはまだ低い場合には、神経索の別のセグメントに移動します。小振幅の自発的活動電位は、電極が運動ニューロンであることを示すことができる。これは神経節体壁内に発生する場合、電流注入は、ニューロンがまだ皮膚に取り付けられた筋肉のいずれかを神経支配するかどうかを決定するために使用することができる。環形エレクター運動ニューロン(AE)は神経節( 図4B)の腹側にあり、それが輪の脊柱の筋肉を活性化することにより、上昇する円環(リッジまたはセグメント)を発生します。
感覚細胞に電流を注入すると、活動電位を呼び起こす必要があります図4Cに示す特性を有する波形sである。波形が異なって見える場合、それはアンバランスブリッジまたはオフセット容量補正が原因である可能性があります。一つは、細胞の内部でブリッジのバランスをとる方法の詳細については、信号取得部に付属のマニュアルを参照する必要があります。 図4Cに電流パルスの最初と最後に刺激アーティファクトに注目してください。これは、ブリッジがバランスしたときの成果物がどのように見えるかである。
リーチの神経節からの神経細胞の初代培養皿内の電気的および化学的シナプスを形成している。最初に培養細胞の電気的特性は、それらがインビボであるとまったく同じではない。しかし、数日後にインパルスが神経節に記録されたものとほとんど区別できます。これは、Rzは細胞の一対図6Cに示されている。培養7時間後にシナプス電位の振幅は1〜2 mVであった。培養SY 56時間後naptic電位は10 MV( 図6Cのトップトレース)よりも大きかった。活動電位の形状も文化の中で56hr後に変更されます。記載された条件下で、これらの細胞は、数日間生存可能である。
細胞間の通信は、神経根や接続詞を刺激し、神経節の神経細胞から記録することにより証明することができる。これらの神経を刺激すると、別の神経節細胞における強固なシナプス電位と活動電位を発生させる。 図8Bにトレースは、動物から取り出して、皿に出ピン止めされていた神経節でレチウス細胞から記録した。黒いトレースが結合する細胞外電極を適用サブスレッショルド刺激によって誘発された。刺激電圧を大きくすると、細胞が活動電位(赤いトレース)を発射させる。蛍光色素または西洋ワサビペルオキシダーゼは、それらの形態を研究するために、これらの細胞に注入することができる。ルシファーイエローさRzに注入した電極を介して負の電流を流すことによりニューロン。代替的には、空気圧のパフを使用して色素を注入することである。 図9Aは、注入が始まった直後に染料を示している。 30分後、色素が既に神経根( 図9B)中に拡散していた。色素の種類は、用途に依存するギャップジャンクションを通過することができ、例えば小さな分子量の色素が電気的シナプスを同定するために使用される。

図1。腹ヒル郭清(A)は、動物が完全にリーチの生理食塩水で満たされたエラストマーで裏打ち皿に腹側を上に固定されている(B)が 、前方に広がる浅い切開:前後軸が神経の損傷を防ぐために、正中線のすぐ横作られているコード。ブラックブラッド洞(containsの腹側神経索)を容易に見ることができる。シースに比べて白い1さらさ神経節に注意してください。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

図2。黒洞の解剖。の血管(矢印)を慎重に腹神経索(二重矢印)を公開するために片側にカットする必要があります。解剖の記録の料理の間で転送するときに腹神経索を操作するためのハンドルとして使用するために、セグメントの根の周りの完全な血管のセグメントのままにしておきます。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。
図3。腹神経索の単離されたセクション。セグメント根上に残っている、血管断片によって腹側神経索の確保と分節接続詞の両端に電気生理学的記録のために神経を公開します。神経節の延伸ピンと張ったは1が識別可能な細胞体を見ることができ、シャープなガラス電極とグリアシースのより容易に浸透できるようになります。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

図4。リーチの神経節の細胞の解剖学。(A)理想レチウス細胞(R)や他の大規模な細胞体(P-キーを押し顕微鏡と集光が適切に設定されている場合URE、T-タッチ、N-侵害受容、AE-弁輪エレクター)がはっきりと見えるようになります。神経節細胞(B)の模式図である。細胞体の位置のわずかな違いは、神経節が延伸され、ピンと張ったピン止めされているどのようにそれぞれの神経節に発生します。これらのニューロンの細胞体から記録された(C)活動電位が特徴的な波形を持っている。これらのスパイクは、セル(電圧-時間トレースをオーバーレイする矩形パルス)に正の電流を注入することにより誘発された。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

図5。個々の細胞体を除去して神経節をDesheathing。(A)グリア鞘慎重に関心の損傷細胞を避けるために、神経節を横断する必要があります。赤い線は、Rzのニューロンの細胞体をぶつからないようにカットを示している。シースを開くと、消化酵素が結合組織マトリックスにアクセスすることができます。(B)のグリアシースが開かれた後、神経節の外に膨れ健康な細胞体を。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

図6リーチ神経節由来のニューロンを培養する。(A)細胞を、マイクロピペットを用いて神経節から吸引し、培養培地を含む皿に転送される。(B)は 、互いに近傍に複数のセルを配置することは、識別可能なニューロン間のシナプス形成の速度を増加させる。ここSTU2つのニューロンのMPSは、シナプスを形成している。(C)ニューロン培養展示わずかに異なる電気的特性に。トップトレースは、細胞を播種した後に、隣接セル7時間と56時間を刺激することにより誘発シナプス電位を示している。下部トレースは直接Rzが細胞のいずれかに電流を注入することによって誘発した。シナプス電位振幅の増加に注意し、文化の中で56時間後に活動電位波形の変化。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

図7。受容野をマッピングするためのリーチ神経節体壁の準備を。(a)1つのアプローチ1-3神経節に沿って体壁のセクション全体を削除することです。ここでは1側の根はbにしているEENカットし、神経節は側へ固定されています。(B)より高倍率でのピンアウト神経節。(C)別のアプローチは、受容野をマッピングしながら、そのまま神経節から体壁やレコード内の小さなウィンドウを作成することです(DG)は、感覚ニューロンの各々は、機械的刺激に対する応答特性を示す。(D)軽いタッチではなく、PまたはN細胞におけるT細胞における活性を呼び起こす。(E)T細胞応答は、より強いに応答して遮断する刺激、P細胞の活性化への道を与える。刺激が強くなるようにN個のセルは、(FG)活性化される。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。

Figur電子8。 リーチ神経節において活性を誘発。接続詞の細胞外刺激が神経索におけるシナプス伝達を駆動するために使用することができる。(A)は、これは、接続詞のいずれかに吸引電極を取り付け、小さな電圧を印加することによって行われる。シャープなガラス電極(矢印)が神経節にレチウスセルを突き刺す見ることができます。シナプス電位(黒)が続く刺激アーチファクトを示す(B)の電圧-時間トレースと活動電位(赤)。 拡大表示するには、ここをクリックしてください画像 。

図9リーチニューロンへの色素を注入する。(A)、ルシファーイエロー、現在のthroを通すことによって細胞体に注入することができる記録微小電極ぐふ。水銀ランプやFITCフィルターセットは、その後、蛍光を可視化するために使用することができます。(B)の染料のRz中に拡散しているの注射後約30分で軸索。 拡大画像を表示するには、ここをクリックしてください 。
この一連の実験の目的は、1)指導、展示細胞内記録の基本原則を特定可能なニューロンからと2)大人のヒルを使用して、これらの特定の神経細胞のタイプから発生する可能性が電気信号の特徴的な形状を認識するようにすることでした。神経生理学的な調査·研究のためのリーチを使用して調査の豊かな歴史は、開発時だけでなく、シナプス修復および再生10の間、神経回路と遺伝子制御の問題に対処する上で進行中であります。ニューロモデュレーションは、特に生体アミン経路を介して、また、リーチで成功した研究の方向となっている。生理食塩水を介して中枢神経系へのドーパミンおよび他の薬理学的薬剤を添加することにより、ドーパミンが意思決定挙動24,25をクロールするためのモータ23と、パターンに関与する神経回路網を調節することが示されている。この実験的なアプローチは、あほですル(かつ安価)教授の研究室に変調を組み込むための方法、および生理食塩水のイオン化粧を調整するには、ネルンストゴールドマン·ホジキン·カッツの方程式を教えるための効果的な方法です。
神経節の準備と成功するためには、神経節前細胞内電極と細胞体を突くしようとすると張りつめていることが重要です。グリアパケットを押し下げた場合、その他の相馬が移動します。培養のための神経細胞を除去するための神経節をdesheathingとき神経を横断する際にこれらが削除されるように細胞体が損傷していないので、また、関心のある領域を避ける。また、酵素の過剰なインキュベーションは、ニューロンが削除されるにはあまりにも脆弱なものになることがあります。酵素の各バッチは、彼らの行動が若干異なるため、理想的なインキュベーション時間を達成するために、いくつかの試行錯誤が必要です。
培養培地を最適化するためのさらなる調査は、この方法を改善することができる。バリ例えば、インスリン、糖、または増殖因子の存在などのOU因子は、培養物の維持のために、より長い検査することができる。細胞は、Rzの細胞におけるセロトニン合成のような送信機を合成する能力を維持するかどうかを判断するには、ニュートラルレッド染色は、セロトニン作動性のプロセスをラベルに適用することができます。負傷し、組織再生にもミクログリア侵入が損傷後の核しみ日によって定量化することができる。
この準備は、再生および修復だけでなく、神経回路を調べるに提供する多くの利点がありますが、シナプスでの様々な受容体サブタイプの薬理学的および分子識別が十分に特徴付けられていない。発現配列タグライブラリが26用意されており、薬用ヒルゲノムは、現在27を組み立てているが、一部のモデルの製剤に比べてリーチの主な制限は、特定の細胞型に選択的な遺伝子についてゲノムを変更する機能です。胚Tにその制限は、28遺伝子発現を調節するDNAまたはdsRNAを注入することによって対処されてきた。遺伝子銃技術が最近リーチニューロンにおいて無脊椎動物コネキシン(innexin)タンパク質を発現するために使用されている。 ヒルドverbana(HVE-inx6)からinnexinの発現は、薬用ヒル29内の異所性ギャップ結合の形成のために十分である。薬用ヒル-またはHそれは30だったとしてバーベナは、今後数年間で電気シナプスの生理学と進化の理解を進めることでしょう。
著者らは、開示することは何もありません。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Sylgard | Dow Corning | 182 silicone kit | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C5670 | |
| Tris/マレイン酸 | Sigma-Aldrich | ||
| 漂白剤 | Sigma-Aldrich | 塩化銀線用 | |
| NaOH | Sigma-Aldrich | 221465 | pH調整用 |
| HCl | Sigma-Aldrich | H1758 | pH調整用 |
| コラゲナーゼ/ディスパーゼ | Boehringer Mannheim | 269-638 | |
| L-グルタミン含有 Leibovitz L-15 | Gibco | 041-01415H | |
| ウシ胎児血清 | Ready Systems Ag | ||
| 04-001 | |||
| D-グルコース一水和物 | Merck | 8342 | |
| 硫酸ゲンタマイシン | 任意のサプライヤー | 10 mg/ml | |
| グルタミン | Gibco | 043-0503H | |
| HEPES | Sigma | 3375 | 遊離酸、結晶 |
| コンカナバリン A Type IV | Sigma | C 2010 | |
| ポリ-L-リジン・ヒドロブロミド | Sigma | P 7890 | MW 15-30,000 |
| マイクロウェルプレート、60 x 10 μl | Falcon | 3034 | 平底、1袋10個入り |
| 解剖器具 | World Precision Instruments | アソートメント | |
| 細胞内電極プローブ | |||
| ファラデーケージ | |||
| 昆虫ピン | Fine Science Tools, Inc | 26001-60 | |
| 解剖顕微鏡 (100X) | |||
| ファイバーランプ | |||
| 小型調整ミラー | 光ビームを試料に向けるために使用 | ||
| ガラス電極 | Sigma-Aldrich | CLS7095B5X | 200本入り、吸引電極 |
| マイクロマニピュレーター | World Precision Instruments | MD4-M3-R | ベースまたは金属ロッドに固定可能 |
| 高上げ試料台 | |||
| 銀線 (10/1,000 inch) | A-M Systems | 782500 | |
| コンピューター | 任意のメーカー | ||
| AC/DC差動増幅器 | A-M Systems | Model 3000 | |
| PowerLab 26T | AD Instruments | 27T | |
| ヘッドステージ | AD Instruments | AC/DC増幅器に付属 | |
| LabChart7 | AD Instruments | ||
| 電気リード線 | 任意のメーカー | ||
| ガラス製器具 | 自作 | 神経操作用 | |
| ケーブルおよびコネクタ | 任意のメーカー | ||
| バルブ付きピペット | Fisher Scientific | 13-711-7 | 500本入り |
| ビーカー | 任意のメーカー | ||
| ワックスまたは造形粘土 | 任意のメーカーまたは小売店 | ||
| 刺激装置 | Grass Instruments | SD9 または S88 | |
| 吸引電極用プラスチックチップ | 地域のホームセンター (Watt’s ブランド) | ¼ inch OD x 0.170 inch ID | 小さく切断して使用する。火で加熱して引き伸ばし、先端を適切なサイズに切り戻す。 |