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방법 논문

전기 생리학 및 칼슘 이미징에 대한 급성 신경 조직의 장기간 배양

12.4K 조회수

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DOI:

10.3791/55396

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2017년 2월 15일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1The MARCS Institute, Western Sydney University, 2School of Medicine, Western Sydney University

이 논문에서

요약

8 시간 - 몸에서 제거되면, 신경 조직은 크게 6 후 조직의 궁극적 인 저하로 이어지는, 환경 조건에 의해 영향을 받는다. 밀접하게 모니터링하고, 조직의 세포 외 환경을 조절하는 독특한 배양 방법을 사용하여 조직 생존을 현저> 24 시간 동안 연장 될 수있다.

초록

해부 다음 8 시간 - 신경 조직 준비, 뇌 조각 망막 wholemount 급성, 보통 6 유지 될 수있다. 이 실험 시간을 제한 한 연구에 따라 이용되는 동물의 수를 증가시킨다. 이러한 목욕 적용 염료의 장기간의 사전 배양을 필요로 칼슘 이미징이 제한은 특별히 영향 프로토콜을. (3) 내의 박테리아 성장 지수 - 슬라이싱 후 4 시간 단단히 조직 상태의 감소와 관련된다. 본 연구는 성장 인자를 함유하는 항생제, 멸균 방법, 또는 조직 배양 배지 없이도 시간의 장기간 (> 24 h)에 대한 가능한 신경 조직을 유지하기 위하여, 급성 제제 세균의 증식을 제한하는 방법을 설명한다. UV 조사에 의해 세포 외 유체를 순환 15에서 사용자 지정 유지 챔버 내에서 조직을 유지함으로써 - 16 ° C는, 조직은 전기 생리 특성, 또는 칼슘시의 차이를 보여줍니다> 24 시간 postdissection에서 세포 내 칼슘 염료를 통해 gnaling. 이러한 방법은 급성 신경 조직을 사용하는 사람들에 대한 실험 시간을 연장 할뿐만 아니라, 실험 목적을 완료하는 데 필요한 동물의 수를 줄일 것이고, 급성 신경 조직 배양 용 금 표준을 설정한다.

서론

전기 생리학 및 기능적 영상 (칼슘, 전압 감응 염료) 신경에 가장 일반적으로 사용되는 실험 기술이있다. 뇌 슬라이스 준비하고 여기에 검사됩니다 망막 wholemount은 마취제 나 근육 이완제에서 오염없이 전기 생리 특성과 시냅스 연결을 검사하는 방법을 제공합니다. 뇌 슬라이스와 망막의 특정 회로 뇌 네트워크 (1)의 연구를 허용, 문화 또는 세포 균질 달리 구조적 무결성을 유지 wholemount. 격리 된 조직에서 녹음은 심장 박동 및 호흡과 관련된 운동으로 생체 내 녹음을 통해 이점을 제거해야합니다. 또한, 직접 시각화 대상이되는 세포의 특정 클래스 및 약리 도구 2, 3의 로컬 응용 프로그램을 할 수 있습니다.

패치 클램프 녹음 및 CALCIUM은 로딩 염료 망막 wholemount에는 망막 신경절 세포 (RGC) 층을 포함하고, 세포에 직접 액세스를 방지 멤브레인 (ILM)를 제한 이너의 존재에 의해 복잡하다. 일반적으로이 멤브레인은 하나의 셀에 기가 옴 씰의 패치 피펫 및 형성의 직접 적용 할 수 있도록 유리 피펫으로 긁어된다. 또한, 목욕 적용 칼슘 염료는 ILM을 통과하지 않고 하나 역행 시신경 5에서 다음 주사를 운반 또는 조직 (6)를 통해 전기 천공,이 멤브레인 (4) 아래에 주입해야합니다. 색소 성 망막염의 설치류 모델을 사용하는 경우 또한,의 RD / RD 마우스는 ILM은 두껍고 더 꿰 뚫을 수있다. 여기서는 패치 클램프 recordi 대한 망막 신경절 세포에 편재 칼슘 염료 로딩 및 직접 액세스를 모두 허용하는 효소 소화 7과 ILM을 제거하는 방법을 사용하여NGS 8.

뇌 조각 또는 망막 wholemount 중 하나에서 성공적인 녹음 해부하고 가능한 신경 조직의 배양에 따라 달라집니다. 통상적으로, 조직을 실험의 아침 추출하고,이 기록을 위해 사용될 때까지 인공 뇌척수액 (ACSF)에서 배양 하였다. 이 시간 창 다음 중요한 저하, 8 시간 - 일반적으로 조직은 6 가능한 남아있다. 그러나, 뇌 조각 wholemount 망막 제제 모두는 일반적으로 짧은 시간주기 내에서 기록 될 수있는 것보다 더 많은 조직을 생성한다. 결과적으로, 조직은 종종 일의 마지막 폐기 및 박리 후속 일 다시 종료된다. 이것은 또 다른 동물 사용 및 설치 및 해부 / 반복 염색 ~ 2 시간을 의미합니다. 다음 프로토콜이 이용되는 소수의 동물을 의미 이상을 24 시간 동안 신경 조직의 수명을 연장하는 방법을 설명하고, 실험적인 시간이 가능하다. 조직의 생존 w전기 생리 특성과 칼슘 역학을 기록을 통해 평가하고, 이러한 속성은 <4 시간과> 24 시간 postdissection 사이의 구별 할 수 있었다있다.

이러한 결과는 장기간 배양 후 하나의 셀 속성은 그대로하고 기능뿐만 아니라 나타냅니다 만, 칼슘 이미징 및 전기 생리 녹음에 의해 평가로 네트워크 활동은, 24> 변경 시간 postdissection입니다. 또한, 우리는 칼슘 염료가 어떤 해로운 영향을주지 않고 장기간 세포에 남아있을 수 있음을 보여준다. 이 프로토콜의 적용은 외부 환경이 고도로 조절되면 급성 신경 조직에서 신경 세포의 기능 활성이 장기간 유지 될 수 있음을 보여준다. 조직 생존 인해 상이한 배양 프로토콜 실험실간에 크게 변화 더욱이,이 방법은 급성 NEU의 상태에서 변화를 줄이기 위해 적용되어야 이상적인 파라미터 금 표준을 확립RONAL 조직.

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프로토콜

프로토콜은 아래의 C57BL / 6 및 C3H / 그는 (retinally 퇴화) 마우스의 신경 조직의 제조 방법을 설명하지만, 유사한 기술들이 다른 종에도 적용 할 수있다. 모든 동물은 건강하고 표준 온도 조건, 습도, 12 시간 조명 / 어두운주기, 음식과 물을 무료로 이용할 취급했고, 어떤 의도 스트레스 자극없이. 모든 실험 승인 및 웨스턴 시드니 대학 동물 관리 및 윤리위원회에 따라 수행하고 동물 사용 및 관리 지침 (동물 연구 기관 # A9452, # A10396 및 #의 A8967)에 따라되었다.

1. 뇌 조각 준비

  1. 이소 플루 란 (5 %)의 흡입에 의해 동물을 마취 및 설치류 단두대를 사용하여 목을 벨. 이전 9 설명한대로, 신속하게 뇌를 제거하고 얼음처럼 차가운 생리 솔루션 (ACSF) (단위 : mm)를 포함 넣 : 125 염화나트륨,의 MgCl 2, 1.25의 NaH 2 PO 4, 2 CaCl2를 25 2.5의 KCl, 1NaHCO3을 25 덱 스트로스 carbogen 포화 (95 % O 2 / 5 % CO 2 혼합물 310 mOsm하여 pH 7.4).
  2. 진동 마이크로톰 300 μm의 두께, 관심 영역에서 뇌 조각을 잘라.
  3. 이전 10 11 바와 같이 carbogen 흐름 및 온도 - 밀접하게 모니터링하여 pH 수준 (7.4의 pH 7.2)을 제어 주문품 배양 시스템 슬라이스 전송.
  4. 15 ~ 35 ° C로 초기 챔버 온도를 설정 - 30 분, 천천히 15로 감소 - 그림 1C에서와 같이 16 ° C. 필요할 때까지 다음 중 전기 생리학 또는 이미징, 배양 시스템에서 슬라이스를 품어.
    참고 : 슬라이스가 칼슘 이미징에 사용하는 경우, RT 아래 조직을 냉각하기 전에 다음 단계를 수행합니다.

2. 망막 Wholemount 준비 및 내부 경계 막 제거

  1. 두 정상에서 망막 wholemounts을 준비실험실 조명 조건이나 어두운 레드 / 적외선 빛.
  2. 자궁 경부 전위 즉시 명백히하다 눈으로 동물을 안락사. 에임스 미디어, 또는 ACSF 포함하는 하나의 작은 오라 세라 따라 잘라 내기, 장소 (MM) 확인 : (125)의 NaCl을, 25의 NaHCO3, 3의 KCl, 2 염화칼슘 2, 1의 MgCl 2, 10 글루코스, 0.5 L 글루타민, 및 carbogen로 포화 (2 / 5 % CO 2 혼합물을 95 % O; ~ 300 mOsm하여 pH 7.4)에서 RT.
  3. 즉시 작은 가위로 오라 세라 따라 절단 집게로 렌즈와 유리체를 제거하여 각막, 렌즈 및 유리체를 제거합니다. 실온에서 배양 시스템에서 조직을 놓습니다.
    참고 : 망막 조직이 15 느린 온도 감소 후, 눈 컵에서 유지 될 수있다 - 필요할 때까지 배양 시스템에서> 24 시간 동안 16 ° C.
  4. Earl's- 30 U / mL의 파파인, 1 MM의 L - 시스틴, 0.5 mM의 EDTA와 0.005 %의 DNase의를 포함하는 작은 유리 항아리에 망막을 포함한 눈 컵을 전송의 ILM을 제거하려면20 분 동안 37 ° C에서 균형 소금 용액 (BSS). 뚜껑을 통해 용액에 95 % O 2 / 5 % CO 2를 적용하지만 거품하지 않습니다. 젊은 동물 (<6 주)에서 조직을 사용하는 경우, 반 강도 솔루션을 희석.
    1. 얼 BSS에서 10 분 동안 ovomucoid (10 ㎎ / ㎖) 및 BSA (10 ㎎ / ㎖) 용액에 조직을 배치하여, 소화 효소를 중지. 16 ° C - 워시 조직을 철저하게 ACSF와 배양 시스템에 전송하기 전에 15에 온도를 줄일 수 있습니다.
  5. 필요할 때까지 눈 컵에서 망막 조직을 유지한다. 현미경에 전송, 눈 컵에서 망막을 분리하고 면도칼 4 조각으로 잘라. 전체 망막이 필요한 경우에는 평평 할 수 있도록 망막의 주위에 4 개의 작은 상처를 만든다.
    참고 : 이미징 실험, 배양 시스템에 전송하기 전에 칼슘 염료와 부하 내용은 아래를 참조하십시오.

3. 인큐베이터에서 조직을 유지

  1. pH와 온도 측정 용 프로브 (그림 1A, B)를 포함하는 메인 챔버에 넣어 조직.
  2. 용액에 떠있는 박테리아를 방사하다하기 위해 (5W / 2P 살균기 UV 램프, 254 ㎚) 주 챔버로부터 분리 및 UVC 빛 W 1.1에 노출 (이전 12 설명한 바와 같이 내장, UVC 실) 두 번째 챔버를 통해 ACSF를 순환 (그림 1A). ACSF의 과열을 방지하기 위해 30 분 - 15 분마다 15 사이에 26 다양한 시간에 ON이 임의의 기능을 사용하여 프로그램 타이머를 통해 제어 UVC 빛 타이밍.
  3. 12 mL의에 UVC 챔버 내의 유량을 설정 / 분으로 12 이전보고 하였다. 신경 조직을 손상시킬 수있는 챔버, UVC 외부 조명을 방지하는 알루미늄 호일로 UVC 챔버 커버.
    주 : 어두운 적응 망막 조직의 경우, 빛을 제외 할 주요 챔버로 맞춤 커버를 적용합니다.
  4. circula하는 연동 펌프를 사용하여TE 두 챔버를 통해 용액 (ACSF)와 0의 범위 내의 원하는 온도로 냉각 또는 주 챔버를 가열하거나 냉각 기능 펠티에 열전 냉각 판 - 50 ° C. 장기 생존을위한 16 ° C - 최적의 조직 배양를 들어, 15을 사용합니다.

4. 칼슘 염료로드

  1. 개별 연구자의 선호도에 따라 칼슘 염료를 선택합니다. 여기에서 우리는의 Fura-오전 2시, FLUO-오전 8시 또는 FLUO-오전 4시를 사용합니다. 그러나,이 방법은 또한 다른 염료에 적용될 수있다 : 1 mM의 용액 및 1 %의 블록 공중 합체에 DMSO 칼슘 염료를 용해 (예를 들어, 플루로 닉 산 (127))를 10 분 동안 최종 50 μL의 부피 및 초음파 처리한다.
  2. 망막 10 μM, 뇌 조각 0.01 %의 블록 공중 합체, 및 20 μM (망막), 0.02 %의 블록 공중 합체의 최종 농도로 용액 ACSF 추가. F 37 ° C (의 Fura-2 AM) 또는 실온에서 (FLUO-4를 오전 젊은 동물, 45 분 동안 화장실에 부하로부터 망막 (파파인 치료) 및 뇌 조각에서루오-8 AM).
    1. 성인 동물 (> 12 주)에 대한 직접 뇌 조각 위에 염료 (50 μL)를 피펫, 그리고 깊은 층에 염료를 더 잘 침투 할 수 있도록 75 분 동안 유지한다.
    2. 염료 배양 동안 침수 슬라이스의 충분한 산소를 보장하기 위해, ACSF 2.5 mL에 희석 칼슘 염료와 닫힌 뚜껑 (직경 2.5 cm의 원형 항아리, 3.5 cm 높이)와 유리 로딩 챔버를 준비합니다. 95 % O 2 / 5 % CO 2으로 연속적 네이트. 거품하지 마십시오.
  3. 실험 사용할 때까지 16 ° C - 염료로드를 따라 천천히 15 온도를 감소 배양 시스템에 ACSF 및 전송과 조직을 씻는다.

5. 전기 생리 녹음 및 이미지

  1. 현미경 침수 기록 챔버 내에서 조직을 배치하고, (4)의 유량으로 산화 된 ACSF으로 관류 - RT (~ 22 ° C) 또는 생리적 온도에서 5 mL / 분 중 (~ 35 ° C). 홀리신장과 금 또는 백금 와이어의 U 자 모양의 조각을 통해 접착 나일론 골드 스레드로 만든 '하프' '만든 사용자 정의를 사용하여 장소에 D 조직.
  2. 전기 생리학의 경우 :
    1. 5-6 MΩ의 최종 저항을 달성하기 위해 마이크로 피펫 풀러를 사용하여 1.5 mm (1.19 mm의 ID) 붕규산 유리에서 기록 피펫을 준비합니다.
    2. 이전 13 설명 된 바와 같이 내부 솔루션의 4 μL와 CCD 카메라를 사용하여 적외선 미분 간섭 대비 (IR-DIC)에서 세포를 시각화 - 3 피펫을 입력합니다. 세포 내 용액을주의 깊게 실험 결과를 달성하기 위해 각각의 실험에 맞게 조정되어야한다.
    3. 위치 피펫 양압을 유지하면서 미세 조작기를 이용하여 세포막에 피펫 홀더 흡입구를 통해서 주어지는. ILM이 망막에서 제거 된 이후, 더 이전에 막 스크래핑 필요가 없습니다. 피펫은 셀되면, 부드러운 음을 적용피펫에 압력이 기가 옴 밀봉을 달성했다. 이어서 부압 짧은 양의 세포막을 파열.
    4. 해당 표준 기술을 사용하여 전체 셀 전류 또는 전압 클램프 녹음을합니다.
  3. 칼슘 이미징 :
    1. 의 Fura-2의 비율 적 이미징, 340 nm 내지 380 nm 인 여기 파장을 제공하는 초고속 파장 스위처를 사용한다. 510 ± 20 ㎚의 방출 필터를 사용하여 각 셀로부터 방출 된 광을 전달하고 고감도, 고속 디지털 카메라로 촬영.
    2. 550 nm의 대역 통과 필터 - 515 내지 490 nm의 대역 통과 필터 및 출사 광 - FLUO-4, 필터의 여기 광 460 내지 단일 여기 파장. 가장 빠르고 가장 민감한 녹화 등의 고속 디지털 카메라를 사용합니다. 필요에 따라 이미지를 획득.
    3. 시간의 함수 중 어느 하나의 파장 (FLUO-4) 또는 파장 비율을 이용로 형광의 변화를 측정방법은 (는 Fura-2), 미리 14 8 바와 같이.

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결과

배양 중에 ACSF의 세균 부하 및 온도의 긴밀한 조절은 신경 조직의 생존을 유지하는 것이 필수적이다. 16 ° C (도 1) - 이는 UVC 광 조사 15에서 ACSF의 온도를 유지 통해 최적화 될 수있다. (도 1C APS), 다음 경우 사이의 변동성을 줄일 신경 조직을 배양 할 때 따라서 매개 변수를위한 황금 표준을 제공하고, 환경 조건의 기록 (pH와 온도.)와 실험자를 제공합니다 또한, ACSF 스탬프 매개 변수 실험.

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조직 환경의 엄격한 규제를 활성화 그림 1. 배양 시스템. 냉각 펠티에 판, 주 챔버, 연동 펌프 및 UVC 챔버로 구성 배양 시스템의 A, 개략도. <...

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토론

이 문서함으로써 실험 목표를 완료하는 데 필요한 동물의 수를 줄이고, 이미징 및 전기 생리학 실험에 급성 신경 조직의 생존을 연장하는 배양 방법을 설명합니다. 두 가지 방법은 시간에 신경 조직의 열화 관장 : ⅰ) 증가 박테리아 수준 및 방출 박테리아 독소의 동반 증가 및 외상성 슬라이싱 절차 (10)를 다음과 ⅱ) 흥분 독성. 급성 신경 조직 환경 무방비 바와 같이, 산도, 온도, 박테리아 수준 가까이 모니터링을 통해 조직 환경의 엄격한 조절은 네트워크 무결성뿐만 아니라 세포 활성을 유지하는데 필수적이다. 해부 및 조직 처리 (파파인 소화, 칼슘 염료 로딩) 실험 시간의 감소를 야기 완료를 통해 2 시간이 걸릴 수 있습니다. 그러나, 조직이 손실없이 측정> 24 시간 동안 배양 시스템에서 유지 될 수 있기 때문에 IN 생존 7, 8,이 제제는 결과> 24 시간을 얻기 ...

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공개 사항

Yossi Buskila와 Paul Breen은 급성 신경 조직용 인큐베이션 시스템 구축을 전문으로 하는 회사인 PAYO Scientific Pty Ltd의 공동 소유주임을 선언합니다. 다른 모든 저자는 현재 연구와 관련된 금전적 이해관계나 잠재적인 이해 상충을 보고하지 않습니다.

감사의 글

기술 지원을 제공해 주신 Colin Symons와 James Wright에게 감사드립니다. 이 작업은 Y.B.와 웨스턴 시드니 대학교의 혁신 사무소에 대한 시드 펀딩 보조금(WSU)의 지원을 받았습니다. MC는 ARC 펠로우십(DECRA)의 지원을 받습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
염화나트륨시그마 Aldrich VETECV800372
염화칼시그마 AldrichP9333
N-메틸-D-글루카민시그마 AldrichM2004 
D-글루코스시그마 알드리치G5767
소듐 바이카보네이시그마 알드리치S6014
소듐 인산염 단일염기성 시그마 알드리치S2554
마그네슘 클로라이드시그마 알드리치M9272 
염화칼슘 시그마 알드리치223506
파파인 해리 시스템Worthington 
디메틸 설폭사이드 무수시그마 알드리치276855
플루로닉 F-127 저자외선 흡광*생명 기술P-6867DMSO 의 20% 용액;
후라-2 AM   Anaspec84017
플루오-4 AM   Life TechnologiesF23917
Fluo-8 AMAbcamAb142773
진동 블레이드 마이크로톰 라이카 BiosystemVT1200 S라이카 탑재 s Vibrocheck™ 측정 장치 
진동 방지 테이블Kinetic Systems Vibraplane 비브라플레인 9100/9200 
고정 스테이지 직립 현미경OlympusBX51WI 
현미경 오브렌즈OlympusXLUMPlanFLN 20x/1.00w20X 
현미경 목표OlympusLUMPlanFLN 60x/1.00w60X
CCD 카메라AndorIxon +
고속 파장 스위처셔터 기기Lambda DG-4 
패치 클램프 증폭기분자 장치MultiClamp 700B
데이터 수집 시스템분자 장치Digidata 1440A축삭 Digidata® 시스템
붕규산 유리 모세관Sutter Instrument CoBF150-86-10
미세 전극 풀러Sutter Instrument CoP-97화염/갈색 형 마이크로 피펫 풀러
녹음/관류 챔버Warner InstrumentsRC-40LPLow Profile Open Bath Chambers
소프트웨어분자 장치pClamp 10.2
Andor iQ 라이브 셀 이미징 소프트웨어AndorAndor iQ3
BraincubatorPayo ScientificBR26021976www.braincubator.com.au
Peltier-Thermoelectric Cold Plate CoolerTE TechnologyCP-121
온도 컨트롤러TE TechnologyTC-36-25 RS232
륨 트 LK003150,

참고문헌

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  4. Blankenship, A. G., et al. Synaptic and Extrasynaptic Factors Governing Glutamatergic Retinal Waves. Neuron. 62 (2), 230-241 (2009).
  5. Sargoy, A., Barnes, S., Brecha, N. C., Perez De Sevilla Muller, L. Immunohistochemical and Calcium Imaging Methods in Wholemount Rat Retina. J Vis Exp. (92), e51396(2014).
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  11. Buskila, Y., Breen, P., Wright, J. Device for storing a tissue sample. WIPO Patent. , WO2015021513A1 (2015).
  12. Buskila, Y., et al. Extending the viability of acute brain slices. Sci Rep. 4, 4-10 (2014).
  13. Buskila, Y., Farkash, S., Hershfinkel, M., Amitai, Y. Rapid and reactive nitric oxide production by astrocytes in mouse neocortical slices. Glia. 52 (3), 169-176 (2005).
  14. Barreto-Chang, O. L., Dolmetsch, R. E. Calcium imaging of cortical neurons using Fura-2 AM. J Vis Exp. (23), e3-e5 (2009).
  15. Buskila, Y., et al. Enhanced Astrocytic Nitric Oxide Production and Neuronal Modifications in the Neocortex of a NOS2 Mutant Mouse. PLoS ONE. 2 (9), 9(2007).
  16. Russell, W. M. S., Burch, R. L. The Principles of Humane Experimental Technique. , Methuen. London, UK. (1959).

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