このプロトコルの目的は、電気生理学的検査のために背側海馬のスライスを生成する方法を説明することです。この手順では、スライス調製前に冷却されたACSFによる灌流を採用し、健康な主要なニューロンの保存を可能にするニアコロナルスライス角度を使用します。
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このプロトコルの目的は、電気生理学的検査のために背側海馬のスライスを生成する方法を説明することです。この手順では、スライス調製前に冷却されたACSFによる灌流を採用し、健康な主要なニューロンの保存を可能にするニアコロナルスライス角度を使用します。
急性げっ歯類の脳切片からの全細胞パッチクランプ記録は、現代の神経生理学的研究の主力であり、細胞およびシナプス特性の正確な測定を可能にします。それにもかかわらず、スライス電気生理学に加えて、異なる実験モード間で相関分析を行う必要性がますます高まっています。例えば、免疫組織化学、分子生物学、 in vivo イメージング、電気生理学的記録など。脳機能のますます複雑な質問に答えるために。しかし、これらのさまざまな実験的アプローチから意味のある結論を出すことは容易ではなく、比較的よく記述された脳構造内でさえ、細胞機能の高度な亜地域的変動が存在する。これは、細胞および分子特性に基づいて明確に定義された背腹特性を持つ海馬のCA1ほどよく例示されている場所はありません。それにもかかわらず、多くの発表された研究では、海馬の背側におけるタンパク質発現パターンまたは行動的に相関した in vivo 活性を調べています。そして、腹内側領域からの細胞電気生理学で所見を機構的に説明します。これは、他の実験モードがより成熟した動物で行われるのに対し、多くの急性スライス電気生理学的実験が幼若動物で行われるという事実によってさらに混乱します。これらの問題に対処するために、この方法では、成熟した(>60日齢のげっ歯類)の経心灌流を人工脳脊髄液で組み込んでおり、続いて背側海馬の中隔極を含む修飾冠状スライスを調製してCA1錐体細胞から記録します。このプロセスにより、背側海馬の健康な急性スライスが生成され、他の手段と一致するスライスベースの細胞電気生理学的調査が可能になります。
海馬は、その比較的大きなサイズと顕著な層状構造により、間違いなく哺乳類の脳で最もよく研究されている構造です。海馬は、空間ナビゲーション、文脈記憶、エピソード形成など、多くの行動プロセスに関与しています。これは、部分的には、 in vivo 分析のためのげっ歯類の海馬の背側部分へのアクセスが比較的容易であることによるものです。実際、主要な出力セルは通常、ピアル表面から2mm未満です。
げっ歯類では、海馬は比較的大きな構造であり、背中隔から腹側新皮質まで伸びる終脳の陥入によって形成されます。それは2つの主要な領域で構成されています:歯状回と角アンモニス(CA)。後者は、接続性、細胞解剖学、および遺伝的特性に基づいて、歯状回(以前はCA4として知られていた)に伸びる3つのよく記述されたサブリージョン(CA1-3)に分割されます1。この構造は、シナプス特性2,3,4、解剖学的構造5、遺伝的多様性6,7,8、および行動機能9,10に大きな変動があるにもかかわらず、海馬の背腹側範囲に沿って維持されています。CA領域のうち、CA1サブフィールドは、主にグルタミン酸作動性CA1錐体細胞(CA1 PC)で構成されており、3つのサブタイプが定義されています11、およびニューロンの~10%を占める抑制性介在ニューロンですが、30を超えるサブタイプが定義されています12,13,14。地域的な特異的な違いに加えて、正常な老化は、シナプス伝達15,16,17、解剖学的構造18、および遺伝的プロファイル19に劇的な影響を与えることが示されている。細胞およびシナプス特性の複雑さを制御された方法で評価するための現在のゴールドスタンダードの方法は、急性脳スライス20からの全細胞パッチクランプ記録を使用することである。
海馬機能の理解は、行動課題、電極やイメージングウィンドウの埋め込み、またはウイルスプラスミドの発現のために外科的または解剖学的に簡単にアクセスできるため、主に背側操作に基づいています。さらに、多くの研究では、これらの手順は、発達中の脳構造の変動を防ぐために、若年後期または成体のげっ歯類で実行されます。それにもかかわらず、細胞および細胞内の電気生理学を調べるための多くのアプローチは、主に海馬の腹内側部分から、その横断面21,22,23,24,25から、幼若期のげっ歯類の初期から中期に行われています。背腹側全範囲が評価された場合、組織チョッパーを使用して横方向範囲4,26を維持するか、または実験が若いラット27またはマウス28で行われた。さらに、脳の解剖に先立って組織を冷却すると、ラットでは海馬の構造が、マウスでは新皮質ニューロン30,31が保存されることが知られている。それにもかかわらず、成熟ラットでは、修飾された冠状スライスによって生成される海馬の背側横軸からの脳スライスの生成に関する詳細が不足しています。
このプロトコルは、高齢ラットの背側海馬の修飾冠状スライスの単一または対のニューロンから全細胞パッチクランプ記録を取得し、その後に事後形態学的同定を行うアプローチを説明しています。冷却人工脳脊髄液(ACSF)の経心涌流後に健康な脳切片が得られ、CA1 PCおよび局所介在ニューロンからの電気生理学的特性の測定が容易になります。
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すべての動物は、内務省および機関のガイドライン(HO#P135148E)に従って生成および維持されました。すべてのラットは、12時間の明暗サイクルで維持され、餌と水への 自由な アクセスを与えられました。
1. チルドACSFの経心灌流
2. 背側海馬からの脳切片の作製
3. 背側海馬ニューロンの記録
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上述のプロトコルは、成熟ラットの背側海馬の中隔極から生存可能なスライスの調製を可能にする。このプロトコルの重要な要素は、スライス調製前に冷却されたスクロース-ACSFを灌流することで、スライス表面に近接した健康なCA1 PCが得られることです。作製されたスライスの品質は、IR-DIC光学系の下で視覚的に評価され、大きな卵形の細胞体を持つと同定された健康な細胞は、コンパクトな層から層状にまで、ピラミッド層の全範囲に位置します(図2A、黒矢印)。不健康なスライスは、スライスの表面に死んだ細胞があり、スライスの深さにはめったにないものとして識別されます(図2A、赤い矢印)が、凝縮してコントラストの高い体性体細胞を持っているか、凝縮した核を持つ大きな「バルーン」体細胞を持っていることに基づいて識別されます。
スライスの健康状態の確認は、推定される健康なニューロンから全細...
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ここでは、海馬のCA1の背側範囲から高品質の脳スライスを生成するためのプロトコルが説明され、この領域内の複数の生存可能なニューロンからの記録を可能にする。冠状近傍スライスからの全細胞記録とそれに続くニューロンの可視化というコンビナトリアルアプローチは、細胞の生存率と同一性の確認に不可欠です。
このプロトコルは、主に2つの理由から、生存可能なスライスを確実に生成します。まず、真の冠状動脈からの逸脱として切断角度を変更することで、体性樹状突起軸の保存性を高め、ニューロンの生物学的に関連する機能を確保することができます。海馬の最も背側の範囲におけるCA1 PCの体性樹状突起軸の向きが真の冠状切片1と平面上にないことを考えると、この変更により、組織の保存性が向上します。あるいは、海馬を完全に除去し、組織チョッパーを使用して脳スライスを調製することも可能である(前述の急性スライス4,33
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著者は、彼らが競合する金銭的利益を持っていないことを宣言します。
著者は、原稿とプロトコルの最適化について有益なコメントをいただいたDavid JA Wyllie教授、Emma Perkins博士、Laura Simoes de Oliveira教授、および出版費用を提供してくださったThe Simons Initiative for the Developing Brainに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 取得ソフトウェア | Molecular Devices | pClamp 10 | |
| 成体ラット | 各種 該当なし | 成体ラット(60日以上)の任意の系統 増幅 | |
| 器 | Molecular Devices | Axopatch 700B | |
| 解析ソフト | フリーウェア | Stimfit | https://github.com/neurodroid/stimfit |
| 骨ハサミ | FST | 16152-12 | リタウアースタイル |
| キャピラリーガラス | ハーバード装置 | 30-0060 | ラメント1.5mm外径、0.86mm内径のホウケイ酸ガラスピペット。 |
| カルボゲン | BOC | 95% O2/5% CO2 | |
| CCDカメラ | Scientifica | SciCamPro | https://www.scientifica.uk.com/products/ |
| 化学薬品/試薬 | Sigma Aldrich | 各種 | Sigma Aldrichから調達したすべてのラボ用試薬。 |
| シアノアクリレート(RS Pro 3) | RSコンポーネント | 918-6872 | ゲルベースのシアノアクリレート製剤を避ける |
| デジタイザー | 分子デバイス | Digidata 1550B | |
| 解剖ピン/針 | 様々な | 様々な | 用途 16ゲージ針(上記) |
| 電気生理学システム | Scientifica | SliceScope | https://www.scientifica.uk.com/products/scientifica-slicescope |
| 細かい虹彩はさみ | FST | 14568-12 | タングステンカーバイドチップ付き |
| ガラスシャーレ | フィッシャー サイエンティフィック | 12911408 | |
| 皮下注射針 | BDヘルスケア | 各種 | 16、18、22ゲージ |
| イソフルオラン 100% W/W (すなわち IsoFlo) | ゾエティス | 50019100 | |
| メイヨー型はさみ | FST | 14110-17 | 鈍い先端 |
| マイクロマニピュレーター | サイエンティフィカ | マイクロスター | https://www.scientifica.uk.com/products/scientifica-microstar-micromanipulator |
| 絵筆 | アートストア | n/a | 地元のアートショップから調達した細い毛の絵筆。 |
| パスツールピペット | フィッシャーサイエンティフィック | 11546963 | ガラス製のパスツールピペットですが、鈍い端がピペットの移し替えに使用されるようにカットされています。 |
| 蠕動ポンプ | ワトソン・マーロウ | 12466260 | シングルチャンネル蠕動ポンプ |
| ピペットプーラー | サッターインスツルメンツ | P-97 | 他のモデルやピペット製造方法も同様に機能します。 |
| プラスチックシリンジ(1、2、5 mL) | BDヘルスケア | さまざまな | |
| ロンガー骨ツール | FST | 16021-14 | |
| スライス保持室 | 自家製 | ||
| スライス重量/ハープ | ハーバード装置 | SHD-22L / 15 | 代替品が適しています。 |
| ナトリウムペントバルビタール(すなわちPentoject) | Animalcare Ltd | 10347/4014 | 200 mg / mL;ペントバルビタールの他の製剤は、 |
| フィッシャーサイエンティフィック | 3213 | ||
| 。m細孔径。 | |||
| Vibtratome | Leica | 1491200S001 | Vibrocheck |
| ウォーターバス | フィッシャーサイエンティフィック | 15167015 | 5リットルウォーターバスを備えたVT1200Sモデル、例:Grant Instruments™JBA5 サイエンティフィカ-scicam-pro |
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