2015년 6월 24일
폐쇄 루프 프로토콜은 현대 전기 생리학에서 점점 더 널리 보급되고 있습니다. 우리는 데스크톱 컴퓨터와 디지털 수집 보드를 사용하여 체외에서 피질 피라미드 뉴런에서 복잡한 전기 생리학적 프로토콜을 수행하는 간단하고 다재다능하며 저렴한 방법을 제시합니다.
다음 실험의 전반적인 목표는 무료로 사용할 수 있는 소프트웨어 도구 상자인 LCG를 사용하여 피질 뉴런에서 체외 동적 클램프를 수행하는 것입니다. 이것은 파라메탈 세포의 패치 클램프 기록을 위해 쥐의 체성 감각 피질 조각을 준비함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 일련의 자동화된 전기생리학적 프로토콜이 기록된 세포에 적용되며, 이는 세포 유형 간의 후속 분석 및 비교에 유용한 세포의 표준 특성화를 제공합니다.
다음으로, 흥분성 및 억제성 시냅스 이벤트의 주입이 시뮬레이션됩니다. 생체 내에서 신피질 뉴런이 경험하는 높은 전도성 상태를 재현하기 위해, 결과는 배경 시냅스 주입이 어떻게 피질 세포의 이득을 조절하는지 보여줍니다. 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 예를 들어 한 실험 프로토콜의 결과를 다른 프로토콜에 대한 입력으로 사용하여 실험 녹음을 더 복잡한 작업 흐름에 포함할 수 있다는 것입니다.
이 방법은 전기 생리학 프로토콜을 표준화하고 데이터 분석을 가속화하며 실험실 간 데이터 공유를 위한 길을 닦는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 방법은 원래 시험관 내 CLA 기록의 도매 패치를 위해 개발되었지만, 생체 내 패치, CLA 기록 또는 마이크로를 사용한 가속 기록과 같은 다른 실험 준비 및 프로토콜에도 편리하게 사용할 수 있습니다. 쥐의 뇌를 추출한 후 소뇌를 버리고 메스를 사용하여 정중선을 따라 두 개의 반구를 분리하고 반구 중 하나에서 과도한 액체를 제거하고 슈퍼 접착제 한 방울로 경사진 플랫폼에 붙입니다.
그런 다음 뇌에 CSF 몇 방울을 빠르게 떨어뜨려 Vibram 챔버로 옮깁니다. 칼날로 뇌 조직의 처음 2.5-3mm를 제거합니다. 그런 다음 슬라이스 표면의 손상을 제한하기 위해 슬라이싱 속도와 주파수를 조정하십시오.
그런 다음 두께를 300마이크로미터로 설정하고 슬라이싱을 시작합니다. 면도날이 피질을 지나가면 면도날이나 구부러진 바늘을 사용하여 해마 위와 관심 피질 영역의 가장자리를 자릅니다. 그런 다음 슬라이스를 섭씨 36도의 다중 웰 배양 챔버로 옮깁니다.
이 절차에서는 40배 확대 렌즈가 있는 기록 챔버에 슬라이스를 놓습니다. 5층 및 600-1000마이크로미터에서 건강한 세포를 검색합니다. 뇌 표면 아래에 있는 이 세포들은 일반적으로 대비가 낮고 모양이 매끄럽으며 부풀어 오르지 않습니다.
건강한 세포가 발견되면 마이크로 피펫의 1/3을 세포 내 용액으로 로드합니다. 그런 다음 사전 구성된 Linux 운영 체제의 헤드 스테이지에 배치합니다. 명령을 실행합니다.
셸은 프롬프트를 추가합니다. 이 명령을 입력하여 데이터 수집 보드가 증폭기를 구동하지 않는지 확인합니다. 그런 다음 피펫 홀더에 연결된 주사기의 피스톤을 눌러 30-50 밀리바의 양압을 가하십시오.
다음으로, 피펫을 슬라이스 위로 약 100 마이크로미터 위에 놓고 마이크로미터 매니퓰레이터의 접근 모드를 사용하여 피펫을 대상 세포 쪽으로 이동합니다. 그런 다음 전기 생리학 증폭기에서 피펫 오프셋을 조정하고 전압 클램프 모드에서 10mV 테스트 펄스를 출력합니다. LCG SEAL 테스트 명령을 사용하여 피펫 저항을 모니터링한 다음 주사기의 피스톤을 빼내어 압력을 10 - 30mbar로 줄입니다.
세포에 부드럽게 접근하고 비디오 카메라 모니터의 이미지를 관찰하여 보조개가 형성되는지 확인합니다. 동시에 모니터에 표시되는 전류 파형을 관찰하여 테스트 펄스에 의해 유발되는 저항의 증가를 모니터링합니다. 피펫 저항이 증가하고 셀에 딤플이 형성되면 즉시 압력을 해제하고 피펫에 부드러운 음압을 가하여 밀봉 형성을 돕습니다.
그 동안 유지 전위를 점차적으로 마이너스 70 밀리 볼트로 줄이십시오. 부드럽게 흡입하여 세포막을 파열시키고 전체 세포 구성을 확립합니다. 그런 다음 전기적 특성 측면에서 셀을 특성화합니다.
LCGE 코드 명령을 사용합니다. 다음은 음의 50.5 밀리 볼트의 임계 값을 가진 패치 된 층 5 개의 파라메탈 뉴런의 평균 활동 전위입니다. 이 그림은 과분극 전류에 대한 수동 응답의 측정을 보여줍니다.
세포의 기본 활성 특성을 식별하면 세포가 규칙적인 스파이크 뉴런이며, 셸의 명령 프롬프트에서 이 명령을 입력하여 다음 실험이 저장될 디렉토리에 시뮬레이션된 흥분성, 시냅스 후 전위 변경을 주입하기 위한 최소한의 적응이 있음을 알 수 있습니다. 기존의 하드웨어 제어 장치에 작용하는 대신 amp리퍼. 브리지 밸런싱 및 커패시턴스 보상을 적용하려면 이 명령을 실행하여 활성 전극 보상을 수행하는 데 필요한 전극 커널을 추정합니다.
전체 커널은 두 구성 요소, 즉 빠른 전극 커널과 전체 커널에서 관찰되는 지수 꼬리를 생성하는 느린 막 커널의 합입니다. 전자는 피펫의 비파라메트릭 모델을 구성합니다.멤브레인과 전극 커널을 분리하기 위해 전류를 주입할 때 LCG 커널 명령은 사용자에게 빠른 전극 커널을 구성하는 점의 수를 묻는 메시지를 표시합니다. 다음으로, 전극 커널이 지수 붕괴 꼬리의 끝을 덮도록 숫자를 선택합니다.
그런 다음 이 명령을 사용하여 동적 클램프 실험을 수행합니다. 마지막으로 결과를 시각화합니다. 다음은 다이나믹 클램프를 사용하여 생체 내 유사 활동을 재현한 것입니다.
빨간색과 파란색 흔적은 각각 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스의 시뮬레이션을 나타냅니다. 그리고 다음은 L 5 개의 초금속 뉴런에서 기록 된 전압 추적이며, 이는 흥분성 또는 억제성 시냅스 후 전류의 폭격을 받았습니다. 세포에 주입된 해당 흥분성, 억제성 및 총 전류가 차트에 나와 있습니다.
20번의 시도에서 생성된 스파이크의 래스터 플롯은 뉴런이 동일한 입력에 대해 매우 신뢰할 수 있고 정확할 수 있음을 보여줍니다. 이 비디오를 시청한 후에는 무료로 제공되는 소프트웨어 도구 상자를 사용하여 동적 램프 실험을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. LCG. 이 절차는 신경 흥분성에서 복잡한 네트워크 상호 작용에 이르기까지 다양한 주제를 조사하기 위해 다른 폐쇄 루프 프로토콜로 확장될 수 있습니다.
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이 연구는 LCG 소프트웨어 툴박스를 사용하여 피질 뉴런에서 동적 클램프를 수행하는 방법을 제시합니다. 이 접근법을 통해 피질 뉴런을 효과적으로 특성화하기 위해 자동화된 전기생리학 프로토콜을 적용할 수 있습니다.
Closed-loop electrophysiology enables precise interrogation of neuronal dynamics by linking stimulus delivery to real-time cellular responses, supporting mechanistic de-risking in target validation. This approach enhances predictive confidence in preclinical models by simulating physiological synaptic bombardment and assessing neuronal reliability under controlled conditions. The LCG software toolbox facilitates workflow integration and reproducibility, positioning the method as a reusable capability for early discovery and assay development in neuroscience-focused drug discovery.
The method supports a discovery continuum from target validation through lead identification by enabling standardized neuronal phenotyping and dynamic pathway interrogation.