July 23rd, 2020
생체 외 뇌 조각은 구 심성 입력에 대한 유발 반응에 대한 휘발성 마취제의 효과를 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 광유전학은 시상피질 및 피질 피질 구심성을 비원발성 신피질에 독립적으로 활성화하는 데 사용되며 시냅스 및 네트워크 반응은 이소플루란으로 조절됩니다.
이 프로토콜은 휘발성 마취제가 다른 시놉시스보다 일부 시놉시스를 더 방해하는지 여부를 조사하고, 그 효과가 세포 유형인지 또는 경로 특이적인지 확인하고, 집단 수준에서 어떤 효과가 발생하는지 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 휘발성 마취제의 효과를 평가할 수 있는 특이성입니다. 우리는 동시에 집단 활동을 분석하면서 특정 경로와 세포 유형을 표적으로 삼을 수 있습니다.
절단을 위해 조직 블록을 준비하는 것으로 시작합니다. 두개골강에서 뇌를 부드럽게 들어 올려 여과지 위에 올려 놓습니다. 정중선과 평행한 뇌의 시상면을 따라 절단하고 이 시상면에 조직 블록을 놓습니다.
필터 용지를 차단 템플릿 위로 안내하고 브레인을 기본 템플릿 개요에 맞춥니다. 템플릿의 선으로 표시된 대로 코로나 평면을 평행하게 절단하고 필요한 경우 여과지가 젖지 않도록 슬라이싱 aCSF를 약간 떨어뜨립니다. 조직 블록을 섭씨 4도로 자르는 CSF에 놓고 얼음처럼 차가운 표본 단계에 소량의 접착제를 바릅니다.
슬라이싱 aCSF에서 조직 블록을 들어 올리고 흡수성 수건 모서리로 여분의 용액을 흡수합니다. 조직 블록의 후방 관상동상간면을 뇌의 등쪽 표면이 사파이어 블레이드를 향하도록 하여 표본 단계에 붙입니다. 500마이크로미터 두께의 관상 뇌 절편을 모아 섭씨 34도의 나일론 메쉬에 올려 aCSF를 자릅니다.
용기가 실온에 도달하도록 합니다. 용해된 이소플루란이 포함된 실험용 aCSF 백을 준비하려면 빈 폴리테트라플루오로에틸렌 가스 백에 600ml의 실험용 aCSF와 600ml의 95% 산소 및 5% 이산화탄소 가스 혼합물을 추가합니다. 이 가방 컨트롤에 레이블을 지정합니다.
다른 폴리테트라플루오로에틸렌 가스 백에 실험용 aCSF 300ml를 추가하고 이 백에 이소플루란이라는 라벨을 붙입니다. 원고 지시에 따라 isoflurane bag을 준비합니다. 각 프로파일에 파형을 무작위로 할당하여 광 시뮬레이션 프로토콜을 구성합니다.
할당된 파형이 있는 각 프로파일은 디지털 TTL 입력에서 하나의 트리거 펄스 또는 하나의 시도에 해당합니다. 완료되면 프로필 시퀀스를 저장합니다. 다중 채널 프로브를 생체 외 뇌 조직 슬라이드에 배치하기 위해 실험용 aCSF를 분당 3-6밀리리터로 관류하고 관심 영역이 포함된 뇌 절편을 현미경 관류 챔버의 메쉬 그리드로 전달합니다.
백금 하프로 뇌 조각을 고정합니다. 다중 채널 프로브의 말단부에 있는 전극 접점 라인이 박리 표면에 거의 수직이 되도록 메쉬 그리드를 회전합니다. 광시야 조명과 마이크로 매니퓰레이터의 미세한 제어 아래에서 다중 채널 프로브를 슬라이스 표면 쪽으로 내립니다.
피질 구심성의 축삭 말단에서 발현되는 형광 리포터 단백질의 시각화를 위해 적절한 필터 큐브를 사용합니다. 필요한 경우 슬라이스를 회전하여 프로브를 박리 표면과 보다 정확하게 정렬합니다. x축을 따라 최종 목표 위치에서 200마이크로미터 떨어진 슬라이스 평면 바로 위에 프로브를 배치하고 기록되는 조직 영역 외부에 하나 이상의 채널을 남겨둡니다.
프로브를 세로 축을 따라 슬라이스에 천천히 삽입합니다. 조직의 손상을 최소화하려면 날카로운 팁이 조직 표면 바로 아래에서 보일 때까지만 프로브를 전진시키십시오. 실험용 aCSF 소스를 배깅 대조군 용액으로 전환하고 표적 패치 클램프 기록을 위해 형광 표지된 세포를 식별합니다.
조리개를 가장 작은 직경으로 제한하고 고출력 침수 대물렌즈를 맞물리면서 다중 채널 프로브와 대물 렌즈 사이의 접촉을 피하도록 주의하십시오. 조직에 초점을 맞춥니다. 다중 채널 프로브에 인접하지만 겹치지 않는 조직 영역에 광을 집중시킵니다.
Cre 의존성 형광 마커를 발현하는 세포의 이미징을 허용하도록 적절한 필터 세트를 사용합니다. 대물 렌즈를 들어 올려 패치 피펫을 내릴 수 있는 충분한 공간을 만듭니다. 패치 피펫에 내부 용액을 넣고 전극 홀더에 장착합니다.
1밀리리터 주사기를 사용하여 약 0.1밀리리터의 공기에 해당하는 양압을 가합니다. 패치 피펫을 용액으로 내려 시각적 안내에 따라 팁에 초점을 맞추고 표적 세포에서 전체 세포 기록을 얻습니다. 이 프로토콜에 사용된 동물은 소마토스타틴 또는 파브알부민 양성 중간뉴런에서 형광 리포터 단백질 tdtomato를 발현했습니다.
이러한 인터뉴런은 적절한 필터 큐브가 결합된 상태에서 시각적 안내에 따라 패치 클램핑을 목표로 했습니다. 시냅스후 전위(postsynaptic potentials)는 4개의 2밀리초 펄스의 빛의 열차에 반응하여 중간뉴런에서 관찰되었습니다. 국소 자기장 전위도 기록하였다.
전류 소스 밀도 및 다중 단위 활성은 국소 자기장 전위로부터 추출되었습니다. 전류 소스 밀도에서 추출된 전류 싱크의 진폭은 광 강도의 함수로 증가했습니다. 경로 간 비교를 위해 3개의 매개변수 비선형 로지스틱 방정식을 데이터에 적합하게 만들었습니다.
시냅스후 전위 진폭도 전류 싱크 진폭에 따라 증가했습니다. 시상피질 및 피질-피질 입력에 대한 시냅스 반응은 대조군, 이소플루란 및 회복 조건 동안 측정되었습니다. 소마토스타틴(somatostatin)과 피질-피질(cortico-cortical) 자극의 시냅스 후 반응과 유발된 전류 싱크(brain sinks)는 이소플루란 조건에서 억제되었다.
뇌 절편을 준비할 때 조직의 건강을 유지하는 것이 가장 중요합니다. 슬라이싱 절차 전반에 걸쳐 조직을 차갑게 유지하고 조직을 손상시키지 않고 빠르게 작업하는 것이 중요합니다. 다채널 세포외 기록은 다양한 방식으로 후처리될 수 있습니다.
예를 들어, 광대역 신호의 고역 통과 필터링은 집단 급증 활동을 분리하는 반면, 현재 소스 밀도 계산은 시냅스 활동을 강조합니다. 이러한 기술을 통해 우리는 피질 회로의 특정 고립 구성 요소에 대한 마취 효과를 탐구할 수 있었고, 생체 내 의식 상실의 기저에 있는 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할
수 있었습니다.View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
이 연구는 휘발성 마취제, 특히 이소플루란이 신경 반응에 미치는 영향을 조사하기 위해 뇌 슬라이스를 사용합니다. 광유전학을 사용하여 연구자들은 비-1차 신피질에서 시상피질 및 피질-피질 유입을 독립적으로 활성화하여 마취 노출이 시냅스 및 네트워크 반응을 어떻게 조절하는지 탐구합니다.
This protocol enables precise dissection of anesthetic effects on defined neural pathways and cell types, supporting mechanistic de-risking in CNS drug discovery. By isolating thalamocortical and corticocortical inputs in ex vivo brain slices, it provides quantitative, pathway-specific readouts that enhance target validation confidence. The approach aids in predicting how CNS-active compounds modulate network excitability and synaptic transmission, informing early go/no-go decisions in preclinical pipelines.
The method fits within the discovery continuum from target validation to preclinical assessment, offering a platform to evaluate CNS compound effects on defined neural circuits before in vivo testing.