이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.

방법 논문

생체 내 온전한 삼차신경절의 일차 감각 뉴런 네트워크에서 신경 앙상블의 칼슘 이미징

2K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/68284

⸱

2025년 8월 1일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 온전한 삼차신경절(TG) 뉴런의 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징을 설명합니다. 이 설명에는 TG 노출 수술, TG 뉴런의 생체 내 공초점 현미경 이미징, TG 뉴런 현미경 이미징 중 체세포 자극 적용 및 생체 내 GCaMP 칼슘 이미징 데이터 분석이 포함됩니다.

초록

칼슘 이미징은 Ca2+를 세포질로 유입시키거나 세포내 Ca2+ 저장고에서 Ca2+를 방출하는 신호 전달 메커니즘을 모니터링하는 중요한 도구입니다. Ca2+센서 GCaMP3가 Pirt 프로모터 영역의 하류에 삽입되고 거의 모든(>95%) 일차 감각 뉴런에서 발현되는 Pirt-GCaMP3 마우스를 사용하면 삼차 신경절(TG) 일차 감각 뉴런의 Ca2+ 이미징을 통해 >3,000개의 뉴런의 활동을 동시에 모니터링할 수 있습니다. 이를 통해 연구자들은 다른 방법을 사용하여 감지하기가 매우 어려운 생체 내에서 유해한 자극에 대한 신경망 반응과 체감각 및 호르몬 반응을 연구할 수 있습니다.

특히, 얼굴을 자극하는 TG 영역과 머리의 다른 영역을 별도로 모니터링하는 기능을 통해 이후 뉴런 처리 층 전에 얼굴 영역의 자극에 의해 활성화된 일차 감각 뉴런을 모니터링할 수 있습니다. Ca2+ 과도 현상을 생성하는 뉴런의 수와 다양한 감각 양식에 대한 민감도를 나타내는 Ca2+ 현상의 진폭도 관찰할 수 있습니다. 또한 연구자는 활성화된 섬유 유형(무해한 기계 섬유 대 유해한 통각 수용 섬유, Aβ, Aδ 및 C 섬유)의 지표인 뉴런의 직경을 측정할 수 있습니다. 따라서 TG의 Pirt-GCaMP3 칼슘 이미징은 삼차신경 기원 통증(구강안면 및 두개안면, 치아 및/치아 통증, 두통, 편두통, 측두하악 관절 통증, 삼차신경통), 가려움증 및 촉각 및 기타 체감각 및 호르몬 반응.

서론

일차 감각 뉴런은 피부를 포함한 조직을 직접 자극하고 감각 신호를 중추 신경계(척수 또는 뇌간)로 전달합니다. 삼차신경절(TG) 뉴런은 머리를 자극하고 치아, 안와 주위 부위, 구강안면 및 두개안면 부위, 측두하악 관절 1,2 및 수막 3,4,5의 통증을 포함한 감각 자극에 반응합니다. TG 뉴런은 크기, 수초화 수준 및 유전자 발현 프로파일이 다양합니다 6,7,8,9. 작은 뉴런은 통각수용성인 반면, 큰 뉴런은 일반적으로 고통스럽지 않은 기계적 자극에 반응합니다10,11. 삼차신경절 뉴런의 기능 장애는 뉴런 자체와 중추신경계(CNS) 감각 뉴런 모두를 민감하게 만들 수 있습니다11,12.

비병리학적 조건의 정상적인 생리학적 맥락에서 생체 내 뉴런 발화는 통증에 필요하지만 지난 20년까지 생체 내에서 온전한 감각 신경절을 연구하기 위한 도구는 한 번에 상대적으로 적은 수의 뉴런을 모니터링하는 것으로 제한되었습니다13. 일반적으로 낮은 세포질 칼슘 농도, 활동 전위 중 칼슘 유입 및 세포질 신호로 칼슘의 사용으로 인해 칼슘 역학은 칼슘 민감성 형광 지표를 사용하여 생체 내에서 활동 전위 또는 세포 활동을 모니터링하는 강력한 대용물입니다. 이 방법의 이론적 근거는 형광 현미경이 마우스 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 및 쥐25,26. 이는 생체 내에서 더 제한된 수의 뉴런을 모니터링할 수 있는 방법에 비해 강력한 이점입니다.

이 방법의 목표는 두통 통증 모델 19,23,24에서 기계적, 온도, 화학적 및 호르몬 자극에 대한 반응으로 TG에서 생체 내 세포질 Ca2+ 역학을 직접 관찰하는 것입니다. 이 방법은 구강안면 부위의 통증 또는 기타 체감각 검사를 보완하는 데 사용할 수 있습니다. 생체 내 삼차신경 Ca2+ 이미징은 열 및 감각 코딩19,22, 기계 수용체 연구 클래스27, 새로운 종류의 기계민감성 뉴런28 발견, 수막에 대한 정상적인 기계적 스트레스에 대한 삼차 신경 반응 모니터링29, 통증 민감도에 대한 호르몬의 영향 연구24, 구강안면 통증 모델30 특성화에 사용되었습니다., 알코올 금단 유발 통증에 대한 연구 기여자23.

Pirt-GCaMP3 마우스는 모든(>95%) 일차 감각 뉴런에서 높게 발현되는 Pirt 유전자의 프로모터 영역에 Ca2+ 센서 GCaMP3가 삽입되어 있기 때문에 생체 내 신경 활동을 모니터링할 수 있습니다12,18. 이 논문은 공초점 레이저 주사 현미경을 사용하여 Pirt-GCaMP3 마우스의 오른쪽 TG에 대한 생체 내 TG 외과적 노출과 칼슘 지표 현미경 데이터의 수집 및 분석을 수행하는 기술을 보여줍니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

프로토콜

여기에 설명된 모든 절차는 기관 동물 관리 및 사용 위원회에서 승인한 프로토콜에 따라 수행됩니다. 수술은 생존할 수 없습니다. 이 절차의 섹션 1과 2는 시작 즉시 수행해야 합니다. 섹션 3은 나중에 수행될 수 있습니다.

1. 우측 TG 영상을 위한 마우스의 고정 및 수술

참고: Pirt-GCaMP3 C57BL/6J마우스 18 은 성별에 관계없이 성인 신체 크기(보통 8주 이상)를 가져야 합니다. 양측 TG 영상이 가능합니다. 여기에 나열된 시간은 숙련된 기술자의 추정치입니다. 출혈이 정상보다 많으면 주어진 시간마다 몇 분 더 걸릴 수 있습니다.

  1. 40mg/mL 케타민과 6mg/mL 자일라진으로 멸균 식염수를 준비합니다. 이미징 후 수술 및 안락사를 위한 충분한 부피를 준비합니다(마우스 체중 그램당 최소 9μL).
    참고: 생체 내 이미징 중에 많은 종류의 마취가 사용되었습니다. 주의: 케타민은 주사, 삼키기 또는 눈에 닿으면 해롭습니다. 조심해서 다루십시오.
  2. 비드 멸균기로 모든 수술 기구를 멸균하십시오. 70% 에탄올로 기구를 세척하십시오.
    알림: 또는 기구를 미리 오토클레이브하십시오.
  3. 체중 그램당 2.25μL의 케타민/자일라진(각각 90mg/kg 및 13.5mg/kg 케타민 및 자일라진)을 수술 15-25분 전에 Pirt-GCaMP3 마우스에 i.p. 주입합니다. 케타민 120mg/kg을 초과하지 마십시오.
  4. 마취제 주입 15-25분(단계 1.3) 후, 집게로 뒷발을 꼬집어 마우스가 수술용 마취 평면에 있는지 확인합니다.
    참고: 꼬집음은 의식이 있는 마우스가 발성을 유발할 만큼 강렬해야 하지만 부상을 입을 만큼 강렬해서는 안 됩니다. 체온 강하를 방지하려면 이 단계에서 마우스를 필요 이상으로 오래 두지 않는 것이 중요합니다. 가능하면 케이지를 따뜻하게 유지하는 것이 도움이 됩니다.
  5. 체온이 37°C로 유지되도록 마우스를 가열 패드 위에 놓고 마우스의 머리를 정위 마스크(그림 1A,B)에 놓고 머리를 왼쪽으로 약 15° 기울입니다(그림 1B).
    참고: 머리를 안정시키고 이소플루란을 투여하는 경로를 제공하는 정위 마스크가 여기에 설명되어 있습니다. 시술에서 이소플루란을 사용하지 않거나 정위 마스크를 사용하지 않는 경우 움직임을 방지하기 위해 머리를 안정시키는 다른 방법을 사용해야 합니다.
  6. 자극은 삼차 신경 활동을 유발하므로 건조함과 자극을 방지하기 위해 눈에 안용 연고를 바르십시오.
  7. 마우스 머리의 오른쪽을 면도합니다.
    참고: 이 단계는 90초가 걸립니다. 조사관은 면도를 위해 가열 패드에서 동물을 잠시 제거할 수 있습니다.
  8. 오른쪽 귀와 오른쪽 눈 사이에 9mm x 5mm 직사각형 절개를 합니다(그림 2A). 지혈 면봉이나 실험실 물티슈로 출혈을 멈춥니다.
    참고: 이 단계는 2분 정도 걸립니다. 조사자는 절개 부위를 열어 두기 위해 지혈 겸자 또는 견인기를 사용할 수 있습니다. 이것은 생존 불가능한 절차이므로 추가 청소가 필요하지 않습니다. 그러나 조사자는 포비돈 요오드로 수술 부위를 면봉으로 닦을 수 있습니다. 가장 큰 허용 절개 크기가 제공됩니다. 외과의가 충분히 숙련되어 있다면 조직 손상을 최소화하기 위해 큰 절개보다 작은 절개가 바람직합니다. TG는 이 조직을 자극하며 손상될 수 있습니다.
  9. 눈 바로 복쪽의 두개골 표면의 조직(골막)을 자릅니다(그림 2B).
  10. 치과용 드릴과 테이퍼 열구 TNT 버 31p를 사용하여 절개 부위를 중심으로 등쪽 두개골에 약 9mm x 5mm의 구멍을 뚫습니다(그림 2C). 두개골 표면에 버를 최대한 가볍게 바르십시오.
    참고: 이 단계는 약 2분 정도 걸립니다. 외과 의사가 충분히 숙련되어 있다면 큰 구멍보다 작은 구멍이 바람직합니다.
  11. TG가 명확하게 보일 때까지 헤드를 기울입니다(그림 2C). TG에 출혈이 있는 경우 혈액을 흡인하거나 지혈 면봉이나 실험실 물티슈로 흡수하여 혈액을 제거하십시오. 피질 조직을 제거하지 않고 TG가 명확하게 보이는지 확인합니다(그림 2C).
    참고: 우리는 뉴런에서 고통의 징후 없이 3-6시간 이상 TG를 일상적으로 이미지화하지만 연구자는 TG가 건조되는 것을 방지하기 위해 커버슬립 또는 기타 덮개를 배치하도록 선택할 수 있습니다.
  12. 동물과 가열 패드를 현미경 스테이지로 옮기고 마우스의 코를 정위 노즈콘에 넣습니다. 마우스가 지속적인 이소플루란 마취를 받도록 산소/이소플루란 라인을 연결합니다(그림 3A).
    참고: 이 단계는 3분 정도 걸립니다. 연속 이소플루란에는 산소 탱크, 가스 전달 튜브 및 마취 기화기가 필요합니다. 주기적인 마취제 주입으로 시술 내내 마취를 유지하는 것도 가능합니다.
  13. 현미경의 대물렌즈가 두개골 개구부 바로 위 9mm가 되도록 정위 프레임을 배치합니다(그림 3B).
    알림: 정확한 거리는 대물렌즈, 현미경 및 마우스에 따라 다릅니다.
  14. 직장 체온계를 삽입합니다. 전원 코드를 직장 체온계와 가열 패드에 연결합니다. 마취 마스크를 1% 이소플루란이 함유된 산소 라인의 이소플루란에 연결합니다.

2. TG 이미징

알림: 녹색(FITC) 설정 495nm, 방출 519nm, 검출 파장 500-580nm, GaAsP-Pmt1 이미징 장치, GaAsP-PMT 검출기를 사용하거나 현미경에 권장되는 설정을 사용하십시오. 소프트웨어 설정 요약은 표 1 을 참조하십시오.

  1. 5x/0.25 M27 대물렌즈, 현미경 제조업체의 소프트웨어 및 수직 공초점 레이저 스캐닝 현미경을 사용하십시오. 현미경으로 TG 표면을 찾습니다.
    참고: 객관적인 선택은 현미경과 조사자의 선호도에 따라 다릅니다.
  2. 대물렌즈와 노즈 콘을 조정하여 TG 표면을 가능한 한 평평하게 만들고 초점면에서 가능한 가장 큰 표면적을 갖습니다.
    참고: 더 평평한 TG는 더 선명한 이미지를 제공하고, 소프트웨어가 더 선명한 동영상을 구성하고, 더 많은 뉴런을 이미지화하고, 더 기울어진 TG에 비해 분석의 정확도를 단순화하고 향상시킵니다.
  3. 마취 마스크를 통한 산소 흐름에 1-1.5% 이소플루란을 적용하여 마취 상태에서 마우스를 유지합니다.
    알림: 동물이 마취 상태를 유지하도록 20-30분마다 뒷발을 꼬집어 시술 전반에 걸쳐 동물을 면밀히 모니터링해야 합니다. 마취를 유지하는 데 필요한 이소플루란의 비율은 개별 마우스에 따라 다릅니다. 테스트 핀치 중에 동물이 움직이면 이소플루란을 늘려야 합니다. 호흡이 얕아지면 이소플루란을 줄여야 합니다. 주의: 이소플루란은 흡입하면 유해하며 현기증이나 졸음을 유발할 수 있습니다. 흡입을 피하고 작업 공간에 충분한 환기가 있는지 확인하십시오.
  4. 현미경 고속 스캐닝 프로토콜 로드: 복셀 크기 4.160 μm x 4.160 μm x 14 μm, 512 x 512 픽셀, 10 광학 슬라이스 Z-스택, 1.02 에어리 단위(AU)/33 μm, 15% 488 nm 레이저 출력/75 mW, 픽셀 시간 1.52 μs, 라인 시간 0.91 ms, 프레임 시간 465 ms, LSM 스캔 속도 8, 양방향 스캐닝, GaAsP-PMT 검출기 이득 550 V, 디지털 이득 1.
    알림: 최적의 설정은 현미경과 동물에 따라 다를 수 있습니다.
  5. 6-8주기의 짧은 버스트로 TG를 스캔합니다. 스캔의 직교 투영을 생성하고(한 번의 스캔으로 하나의 동영상 프레임을 만든다) 동영상을 만들고 프레임 간의 이미지 선명도와 일관성을 확인합니다. 필요한 경우 스테레오스코픽 프레임 위치와 광학 섹션 두께를 조정하고 선명하고 일관된 동영상이 생성될 때까지 이 단계를 반복합니다.
    참고: 마우스의 머리가 움직이거나 조사자가 마우스의 위치를 변경하거나 초점면을 조정하는 경우 이 단계를 반복해야 합니다.
  6. 현미경 고해상도 스캐닝 프로토콜 로드: 복셀 크기 0.520 μm x 0.520 μm x 14 μm, 4096 x 4096 픽셀, 6 광학 슬라이스 Z-스택, 1.02 에어리 유닛(AU)/33 μm, 20% 488 nm 레이저 출력/100 mW, 픽셀 시간 0.52 μs, 라인 시간 4.95 ms, 프레임 시간 20.26 초, LSM 스캔 속도 6, 양방향 스캐닝, GaAsP-PMT 검출기 이득 550V, 디지털 이득 1.
    알림: 최적의 설정은 현미경과 동물에 따라 다릅니다. 세포가 td-Tomato로 표지된 경우 현미경을 설정하여 녹색 채널 외에 빨간색 채널 592nm 여기/614nm 방출, 검출 파장 600-700nm를 스캔합니다.
  7. TG의 고해상도 이미지를 만듭니다.
    참고: 이 이미지는 뉴런을 계산하거나, 희미한 뉴런의 직경을 측정하거나, 동일한 뉴런이 두 개의 서로 다른 자극에 반응하는지 또는 두 개의 서로 다른 뉴런이 반응하는지 구별하는 자세한 이미지를 제공하는 데 유용할 수 있습니다.
  8. 현미경 고속 스캐닝 프로토콜을 로드합니다(2.4단계 참조).
  9. 80주기(약 10분) 동안 자발적인 활동을 기록합니다. 직교 프로젝션 동영상을 만들고 이미지가 분석할 수 있을 만큼 선명하고 일관성이 있는지 확인합니다.
    참고: 이것은 자발적인 활동을 분석하기에 충분한 프레임을 생성합니다. 자발적인 활동이 특정 실험에 얼마나 중요한지에 따라 숫자를 줄이거나 늘릴 수 있습니다.
  10. 자극을 가하려면 현미경을 15-20주기 스캔하도록 설정하십시오.
    알림: 자극을 가할 때 마우스의 머리를 움직이지 않도록 주의하십시오. 자극 중에 TG를 미크론만 움직이면 이미징이 중단될 수 있습니다. 스캐닝을 통해 주기는 기준선, 자극을 설정하고 자극이 제거된 후 뉴런을 관찰할 수 있습니다.
  11. 주기 1-5가 완료될 때까지 기다렸다가 기준선을 생성합니다. 스캔 중에 자극을 가합니다 6-10. 뉴런이 둔감해지지 않도록 각 자극 후 최소 5분 정도 기다리십시오.
    참고: 각 자극에는 별도의 15-20주기 스캔이 필요합니다. 먼저 기계적 자극을 적용한 다음 차가운, 열, 화학적 자극을 가합니다. 고주파 자극(높은 기계적 힘, 실온에서 멀리 떨어진 온도)보다 먼저 저주파 자극(예: 낮은 기계적 힘, 실온에 가까운 온도)을 가합니다. 자극을 가할 때 TG를 움직이지 않도록 주의하십시오. 스캔이 명확하게 들리면 스캔 직후 자극을 가할 수 있습니다 5. 그러나 일관된 자극 타이밍을 제공하는 모든 방법이 효과가 있습니다. 경기 부양 주문에 대한 논의를 참조하십시오.
  12. TG의 V2 부분에 의해 신경분포되는 부위의 폰 프레이의 경우 필라멘트를 잡고 스캔 5 직후부터 스캔 10 직후까지 눈 아래와 입 위의 동측 부위에 반복적으로 적용합니다.
  13. TG의 V3 부분에 의해 신경분포되는 부위의 von Frey의 경우 필라멘트를 잡고 스캔 5 종료 직후부터 스캔 10 종료 직후까지 귀 바로 아래 동측 부위에 반복적으로 도포합니다.
  14. 냉열 자극의 경우 물 비커를 원하는 온도보다 약간 낮게(차가운 경우) 또는 높은(열의 경우) 냉각하거나 가열한 다음 플라스틱 전사 피펫을 사용하여 스캔을 시작합니다. 스캔 5 직후 이송 피펫으로 눈 바로 아래, 입 위(V2의 경우) 또는 귀 바로 아래(V3의 경우)의 동측 영역에 자극을 가합니다.
    알림: 온도가 스캔 5를 위해 원하는 온도의 1°C 이내인지 확인하십시오. 뉴런이 둔감해지는 것을 방지하려면 비커 온도가 올바르지 않은 경우 자극을 가하지 마십시오. 대신 물을 다시 식히거나 데우고 다시 시도하십시오.
  15. 실험이 끝나면 주기 6부터 시작하여 V2 또는 V3 영역에 50mM 염화칼륨을 피하 주사하여 모든 반응성 뉴런을 활성화하고 식별합니다.
  16. 모든 자극이 투여되고 기록된 후, 케타민/자일라진(케타민 kg당 200mg, 자일라진 kg당 30mg 또는 단계 1.1에서 준비된 용액 g당 5μL)의 과다 투여에 의해 동물을 안락사시킨 후 참수합니다.

3. 분석 프로토콜

  1. 드래그 앤 드롭 옵션을 사용하여 직교 투영 파일을 엽니다. 이미지 | 유형 | RGB 색상. 선택 사항: 플러그인 | jars | StackReg를 사용하여 모션 아티팩트 및 정렬을 수정합니다.
    참고: 조사자는 선호도에 따라 이미지 유형을 선택할 수 있습니다. RGB는 출판용 컬러 이미지 생성을 단순화합니다.
  2. Analyze를 사용하여 ROI Manager 열기 | 도구 | ROI 관리자.
  3. 도구 모음에서 타원 또는 직사각형 도구를 사용하여 ROI를 그려 활성 뉴런을 선택한 다음 ROI 관리자 창에서 추가 버튼을 클릭하거나 "t" 키를 눌러 ROI 파일에 배치합니다.
    참고: ROI 파일을 자주 저장하십시오. ROI 파일을 ImageJ로 끌어다 놓고 ROI 관리자 창 하단에 있는 모두 표시 상자를 클릭하여 ROI를 복원할 수 있습니다. ROI .zip 파일을 저장하면 ROI를 오버레이로 저장하는 것보다 분석이 간소화됩니다. 기준선 기간 동안 변동하는 뉴런은 자극에 반응하는 것이 아니라 자발적으로 활동하는 것으로 제외되어야 합니다.
  4. 분석 | 측정 설정에서 평균 회색 값을 선택합니다(선택 사항이지만 권장됨: 측정 설정에서 다른 모든 상자의 선택을 취소함).
  5. 더 보기 | 강도를 측정하는 다중 측정.
    참고: 때로는 인접한 뉴런이 너무 가까워서 별도의 ROI를 끌어낼 수 없습니다. 이러한 뉴런은 활성 뉴런 수에 포함될 수 있지만 일시적인 강도 측정에는 포함될 수 없습니다.
  6. 다중 측정값은 "결과"라는 레이블이 지정된 새 창에 CSV 파일을 생성합니다. 파일 | 다른 이름으로 저장. 스프레드시트 소프트웨어로 .csv 파일을 열고 파일을 스프레드시트로 저장합니다.
    참고: 분석 템플릿은 보충 파일 1 을 참조하십시오.
  7. Ca2+ 과도 강도를 ΔF/F0 = (Ft- F0)/F0으로 계산하며, 여기서 Ft 는 관심 시점에서 ROI의 픽셀 강도이고 F0 은 자발적인 활동에 대한 Ca2+ 과도 상태 또는 자극 유도 Ca2+ 과도 상태에 대한 처음 1-5 프레임 앞의 2-4 프레임의 평균 강도에 의해 결정되는 기준선 강도입니다. 자극 전에 Ca2+ 피크를 생성하고 자극 후 활동을 분석하지 않는 모든 뉴런을 제외합니다.
  8. Ca2+ 일시적 강도 분석의 경우, 각 신경절에서 거의 동일한 수의 뉴런을 무작위로 샘플링하여 가장 많은 수의 반응 뉴런을 생성하는 신경절이 분석을 지배하지 않도록 합니다. ΔF/F0 < 0.15인 피크를 제외합니다.
    참고: 뉴런 15,16,19,22,32,33,34,35를 분석하고 포함 및 제외하기 위해 발표된 대체 방법이 있습니다.
  9. 도구 모음의 선 도구를 사용하여 가장 긴 직경과 가장 짧은 직경을 따라 ImageJ에 그려진 선의 평균 길이를 계산하여 뉴런 직경을 측정합니다.
    참고: 조사자는 직경을 추정하기 위해 ROI의 면적과 타원 매개변수를 측정할 수도 있습니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

결과

Pirt-GCaMP 삼차신경절의 공초점 스캐닝에 의한 다수의 뉴런 및 특정 삼차신경 가지의 이미징
Pirt-GCaMP3 마우스에서 외과적 TG 노출 후 공초점 현미경을 통해 >3,000개 이상의 뉴런을 동시에 이미징할 수 있습니다(그림 4). 이는 정상적인 생리학적 맥락에서 수천 개의 TG 뉴런을 동시에 관찰할 수 있는 강력한 이점을 제공합니다. 자발적인 Ca2+ 과도 현상은 자극이 없는 상태에서 모니터링할 수 있습니다(그림 4A, B 및 비디오 1). 자극은 V2(그림 4D,E 및 비디오 2) 또는 V3(그림 4G,H 및 ...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

토론

측두하악 관절의 통증 장애와 치근단 치주염은 일반 인구의 각각 약 5%36 및 30-70%37,38에 영향을 미칩니다. 일차 감각 뉴런은 피부, 구강 점막, 치아 및 안와 주위 부위의 유해 자극을 감지하며 이들의 가소성은 지속적인 통증에 기여합니다. 세포 배양 및 외식편은 뉴런을 연구하는 데 사용할 수 있지만 정상적인 생리학적 맥락에서 제거됩니다. TG의 외과적 노출 후 Pirt-GCaMP3 칼슘 이미징을 통해 연구자는 삼차신경30의 가지를 포함하여 얼굴과 머리를 자극하여 정상적인 생리학적 맥락에서 일차 감각 뉴런을 연구할 수 있습니다. 이 칼슘 이미징 방법의 주요 장점은 많은 수의 뉴런을 동시에 모니터링한다는 것입니다. 이 방법을 사용하면 대조군 및 통증 모델 동물 19,22,2...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

공개 사항

저자는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없음을 선언합니다.

감사의 글

이 연구는 국립 보건원 보조금 R01NS0128574 및 R01DE031477(YSK)과 텍사스 대학교 시스템(YSK)의 Rising STAR Award의 지원을 받았습니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
아나세드 주사(자일라진)코베트루스, 아콘33197
Flurar 5x/0.25 M27 obejctive칼 자이스420130-9900-000
코튼 팁 어플리케이터맥케슨24-106-1S
곡선형 지혈제정밀 과학 도구13007-12
DC 온도 컨트롤러FHC40-90-8D
DC 온도 컨트롤러 가열 패드FHC40-90-2-05
Dumont 세라믹 코팅 겸자정밀 과학 도구11252-50
FHC DC 온도 컨트롤러FHC40-90-8D
플루리소(이소플루란)MWI 동물 건강, Piramal Group501017
프리드먼-피어슨 롱저스정밀 과학 도구16221-14
젤폼화 이자09-0353-01
이미지J국립 보건원ij153
케타셋(케타민)조에티스KET-00002R2
모델 923-B 마우스 가스 마취 헤드 홀더 (성인 마우스)Kopf 기기923-비
발광 그린 스테이지 테이프JSITON/ 아마존B803YW8ZWL
M35 소형 전기 실험실 핸드피스 시스템버팔로 치과 제조 주식회사M35
Matrx VIP 3000 이소플루란 기화기중간 표시91305430
마이크로 해부 가위로보즈RS-5882
마이크로 해부 스프링 가위정밀 과학 도구15023-10
마이크로 해부 스프링 가위로보즈RS-5677
미니 직장 서미스터 프로브FHC40-90-5D-02
가위 작동로보즈RS-6812
Pirt-GCaMP3 C57/BL/6J 마우스존스 홉킨스 대학교해당 사항 없음성별 모두 똑같이 잘 이미지화될 수 있습니다. 마우스는 어린 마우스에서 약하거나 간헐적인 Pirt 프로모터 발현으로 인해 최소 8주령이어야 합니다.
염화칼륨피셔 사이언티픽BP366-500
정위 프레임Kopf 모델 923-B923-비
마우스용 Sterotactic 마스크(활성) < 튜브 포함 30gRWD 생명 과학68663
테이퍼 피처 TNT 버(31P)버팔로 치과 제조 주식회사31P-골드
td-토마토 C57BL/6J 마우스잭슨 연구소7909
상판, 6인치 x 10인치뉴포트290-TP
이송 피펫, 3mL콜 파머UX-06226-23
TrpV1-Cre C57BL/6J 마우스잭슨 연구소17769
Zeiss LSM 800 컨포칼 현미경칼 자이스LSM800 시리즈
Zeiss Zen 2.6 Blue Edition 소프트웨어칼 자이스젠 (블루 에디션) 2.6

참고문헌

  1. Kuramoto, E., et al. Three-dimensional topography of rat trigeminal ganglion neurons using a combination of retrograde labeling and tissue-clearing techniques. J Comp Neurol. 532 (2), e25584(2024).
  2. Chung, M. K., Wang, S., Oh, S. L., Kim, Y. S. Acute and chronic pain from facial skin and oral mucosa: Unique neurobiology and challenging treatment. Int J Mol Sci. 22 (11), 5810(2021).
  3. Levy, D., Burstein, R., Kainz, V., Jakubowski, M., Strassman, A. M. Mast cell degranulation activates a pain pathway underlying migraine headache. Pain. 130 (1-2), 166-176 (2007).
  4. Moskowitz, M. A., Macfarlane, R. Neurovascular and molecular mechanisms in migraine headaches. Cerebrovasc Brain Metab Rev. 5 (3), 159-177 (1993).
  5. Strassman, A. M., Raymond, S. A., Burstein, R. Sensitization of meningeal sensory neurons and the origin of headaches. Nature. 384 (6609), 560-564 (1996).
  6. Avraham, O., et al. Profiling sensory neuron microenvironment after peripheral and central axon injury reveals key pathways for neural repair. Elife. 10, e68457(2021).
  7. Bhuiyan, S. A., et al. Harmonized cross-species cell atlases of trigeminal and dorsal root ganglia. Sci Adv. 10 (25), eadj9173(2024).
  8. Chu, Y., et al. Single-cell transcriptomic profile of satellite glial cells in trigeminal ganglion. Front Mol Neurosci. 16, 1117065(2023).
  9. Mapps, A. A., et al. Diversity of satellite glia in sympathetic and sensory ganglia. Cell Rep. 38 (5), 110328(2022).
  10. Basbaum, A. I., Woolf, C. J. Pain. Curr Biol. 9 (12), R429-R431 (1999).
  11. Basbaum, A. I., Bautista, D. M., Scherrer, G., Julius, D. Cellular and molecular mechanisms of pain. Cell. 139 (2), 267-284 (2009).
  12. Kim, Y. S., et al. Central terminal sensitization of trpv1 by descending serotonergic facilitation modulates chronic pain. Neuron. 81 (4), 873-887 (2014).
  13. Iseppon, F., Linley, J. E., Wood, J. N. Calcium imaging for analgesic drug discovery. Neurobiol Pain. 11, 100083(2022).
  14. Chen, Z., et al. Adjacent intact nociceptive neurons drive the acute outburst of pain following peripheral axotomy. Sci Rep. 9 (1), 7651(2019).
  15. Chisholm, K. I., Khovanov, N., Lopes, D. M., La Russa, F., Mcmahon, S. B. Large scale in vivo recording of sensory neuron activity with GCaMP6. eNeuro. 5 (1), (2018).
  16. Emery, E. C., et al. In vivo characterization of distinct modality-specific subsets of somatosensory neurons using GCaMP. Sci Adv. 2 (11), e1600990(2016).
  17. Ishida, H., et al. In vivo calcium imaging visualizes incision-induced primary afferent sensitization and its amelioration by capsaicin pretreatment. J Neurosci. 41 (41), 8494-8507 (2021).
  18. Kim, Y. S., et al. Coupled activation of primary sensory neurons contributes to chronic pain. Neuron. 91 (5), 1085-1096 (2016).
  19. Leijon, S. C. M., et al. Oral thermosensing by murine trigeminal neurons: Modulation by capsaicin, menthol and mustard oil. J Physiol. 597 (7), 2045-2061 (2019).
  20. Macdonald, D. I., et al. Silent cold-sensing neurons contribute to cold allodynia in neuropathic pain. Brain. 144 (6), 1711-1726 (2021).
  21. Wang, F., et al. Sensory afferents use different coding strategies for heat and cold. Cell Rep. 23 (7), 2001-2013 (2018).
  22. Yarmolinsky, D. A., et al. Coding and plasticity in the mammalian thermosensory system. Neuron. 92 (5), 1079-1092 (2016).
  23. Son, H., et al. Mast-cell-specific receptor mediates alcohol-withdrawal-associated headache in male mice. Neuron. 112 (1), 113-123.e4 (2024).
  24. Son, H., Zhang, Y., Shannonhouse, J., Gomez, R., Kim, Y. S. PACAP38/mast-cell-specific receptor axis mediates repetitive stress-induced headache in mice. J Headache Pain. 25 (1), 87(2024).
  25. Hartung, J. E., Gold, M. S. GCaMP as an indirect measure of electrical activity in rat trigeminal ganglion neurons. Cell Calcium. 89, 102225(2020).
  26. Kucharczyk, M. W., et al. The impact of bone cancer on the peripheral encoding of mechanical pressure stimuli. Pain. 161 (8), 1894-1905 (2020).
  27. Moayedi, Y., et al. The cellular basis of mechanosensation in mammalian tongue. Cell Rep. 42 (2), 112087(2023).
  28. Ghitani, N., et al. Specialized mechanosensory nociceptors mediating rapid responses to hair pull. Neuron. 95 (4), 944-954.e4 (2017).
  29. Blaeser, A. S., et al. Trigeminal afferents sense locomotion-related meningeal deformations. Cell Rep. 41 (7), 111648(2022).
  30. Son, H., et al. Elucidation of neuronal activity in mouse models of temporomandibular joint injury and inflammation by in vivo GCaMP Ca2+ imaging of intact trigeminal ganglion neurons. Pain. 165 (12), 2794-2803 (2024).
  31. Thévenaz, P., Ruttimann, U. E., Unser, M. A pyramid approach to subpixel registration based on intensity. IEEE Trans Image Process. 7 (1), 27-41 (1998).
  32. Barretto, R. P., et al. The neural representation of taste quality at the periphery. Nature. 517 (7534), 373-376 (2015).
  33. Sekiguchi, K. J., et al. Imaging large-scale cellular activity in spinal cord of freely behaving mice. Nat Commun. 7, 11450(2016).
  34. Wu, A., Dvoryanchikov, G., Pereira, E., Chaudhari, N., Roper, S. D. Breadth of tuning in taste afferent neurons varies with stimulus strength. Nat Commun. 6, 8171(2015).
  35. Ran, C., Hoon, M. A., Chen, X. The coding of cutaneous temperature in the spinal cord. Nat Neurosci. 19 (9), 1201-1209 (2016).
  36. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine 2020. Temporomandibular disorders: Priorities for research and care. Yost, O., Liverman, C. T., English, R., Mackey, S., Bond, E. C. , The National Academic Press. Washington, DC. (2020).
  37. Eriksen, H. M. Endodontology--epidemiologic considerations. Endod Dent Traumatol. 7 (5), 189-195 (1991).
  38. Sidaravicius, B., Aleksejuniene, J., Eriksen, H. M. Endodontic treatment and prevalence of apical periodontitis in an adult population of vilnius, lithuania. Endod Dent Traumatol. 15 (5), 210-215 (1999).
  39. Luiz, A. P., et al. Cold sensing by Nav1.8-positive and Nav1.8-negative sensory neurons. Proc Natl Acad Sci U S A. 116 (9), 3811-3816 (2019).
  40. Shannonhouse, J., Gomez, R., Son, H., Zhang, Y., Kim, Y. S. In vivo calcium imaging of neuronal ensembles in networks of primary sensory neurons in intact dorsal root ganglia. J Vis Exp. (192), e64826(2023).
  41. Shannonhouse, J., et al. Meclizine and metabotropic glutamate receptor agonists attenuate severe pain and Ca2+ activity of primary sensory neurons in chemotherapy-induced peripheral neuropathy. J Neurosci. 42 (31), 6020-6037 (2022).
  42. Zheng, Q., et al. Synchronized cluster firing, a distinct form of sensory neuron activation, drives spontaneous pain. Neuron. 110 (2), 209-220.e6 (2022).
  43. Mahadevan, A. S., et al. Cytonet: Spatiotemporal network analysis of cell communities. PLoS Comput Biol. 18 (6), e1009846(2022).
  44. Chen, C., et al. Long-term imaging of dorsal root ganglia in awake behaving mice. Nat Commun. 10 (1), 3087(2019).
  45. Yoshihara, K., et al. Astrocytic Ca2+ responses in the spinal dorsal horn by noxious stimuli to the skin. J Pharmacol Sci. 137 (1), 101-104 (2018).
  46. Madisen, L., et al. Transgenic mice for intersectional targeting of neural sensors and effectors with high specificity and performance. Neuron. 85 (5), 942-958 (2015).
  47. Li, J., et al. Engineering of nemo as calcium indicators with large dynamics and high sensitivity. Nat Methods. 20 (6), 918-924 (2023).
  48. Wu, J., et al. Kilohertz two-photon fluorescence microscopy imaging of neural activity in vivo. Nat Methods. 17 (3), 287-290 (2020).
  49. Tan, C. H., Mcnaughton, P. A. The TRPM2 ion channel is required for sensitivity to warmth. Nature. 536 (7617), 460-463 (2016).
  50. Akemann, W., Mutoh, H., Perron, A., Rossier, J., Knöpfel, T. Imaging brain electric signals with genetically targeted voltage-sensitive fluorescent proteins. Nat Methods. 7 (8), 643-649 (2010).
  51. Gong, Y., et al. High-speed recording of neural spikes in awake mice and flies with a fluorescent voltage sensor. Science. 350 (6266), 1361-1366 (2015).
  52. Grewe, B. F., Langer, D., Kasper, H., Kampa, B. M., Helmchen, F. High-speed in vivo calcium imaging reveals neuronal network activity with near-millisecond precision. Nat Methods. 7 (5), 399-405 (2010).
  53. Zhang, Y., et al. Imaging sensory transmission and neuronal plasticity in primary sensory neurons with genetically-encoded voltage indicator, ASAP4.4-kv. bioRxiv. , (2021).

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재인쇄 및 허가

더 많은 논문 탐색

삼차신경절생체 내 이미징GCaMP3 마우스공초점 이미징감각 양식폰 프라이 자극칼슘 일시 변화