Elektrofizjologia i obrazowanie funkcjonalne (wapń, barwniki wrażliwe na napięcie) to dwie najczęściej używane techniki eksperymentalne w neurobiologii. Preparaty do wycinków mózgu i cała masa siatkówki, które zostaną tutaj zbadane, zapewniają środki do badania właściwości elektrofizjologicznych i połączeń synaptycznych bez zanieczyszczenia środkami znieczulającymi lub zwiotczającymi mięśnie. Wycinki mózgu i cała siatkówka zachowują swoją integralność strukturalną, w przeciwieństwie do kultur lub homogenatów komórkowych, co pozwala na badanie określonych obwodów i sieci mózgowych1. Zapisy z izolowanej tkanki mają przewagę nad zapisami in vivo, ponieważ eliminowane są ruchy związane z biciem serca i oddychaniem. Co więcej, bezpośrednia wizualizacja pozwala na celowanie w określone klasy komórek i lokalne zastosowanie narzędzi farmakologicznych 2,3.
Zapisy patch-clamp i ładowanie barwnikiem wapniowym w całym siatkówce jest skomplikowane ze względu na istnienie wewnętrznej błony ograniczającej (ILM), która zakrywa warstwę komórek zwojowych siatkówki (RGC) i uniemożliwia bezpośredni dostęp do komórek. Zazwyczaj membrana ta jest zeskrobywana szklaną pipetą, aby umożliwić bezpośrednie nałożenie pipety krosowej i utworzenie gigaomowej uszczelki na pojedynczej komórce. Ponadto, barwniki wapniowe stosowane w kąpieli nie przenikają przez ILM i muszą być albo wstrzykiwane pod tę membranę4, transportowane wstecznie po wstrzyknięciu do nerwu wzrokowego5, albo elektroporowane przez tissue6. Ponadto, przy użyciu modelu barwnikowego zwyrodnienia siatkówki u gryzoni, myszy rd/rd, ILM jest grubszy i bardziej nieprzepuszczalny. W tym przypadku używamy techniki usuwania ILM za pomocą trawienia enzymatycznego7, aby umożliwić zarówno wszechobecne ładowanie barwnikiem wapniowym, jak i bezpośredni dostęp do komórek zwojowych siatkówki w celu nagrań patch-clamps8.
Udane nagrania zarówno z wycinków mózgu, jak i całego siatkówki zależą od sekcji i inkubacji żywotnej tkanki neuronalnej. Zazwyczaj tkanka jest pobierana rano w dniu eksperymentu i inkubowana w sztucznym płynie mózgowo-rdzeniowym (aCSF) do momentu wykorzystania jej do nagrań. Zwykle tkanka pozostaje żywotna przez 6 - 8 godzin, ze znaczną degradacją po tym oknie czasowym. Jednak zarówno wycinki mózgu, jak i preparaty całych siatkówk zwykle wytwarzają więcej tkanki, niż można zarejestrować w tym krótkim czasie. W związku z tym tkanka jest często wyrzucana pod koniec dnia, a sekcja jest ponownie zakończona w kolejnych dniach. Oznacza to, że wykorzystywane jest inne zwierzę i powtarzane jest ~2 godziny ustawiania i preparowania/barwienia. Poniższy protokół opisuje metodę przedłużania życia tkanki neuronalnej o ponad 24 godziny, co oznacza, że wykorzystuje się mniej zwierząt i dostępnych jest więcej czasu na eksperymenty. Żywotność tkanek oceniano poprzez rejestrację właściwości elektrofizjologicznych i dynamiki wapnia, a właściwości te były nie do odróżnienia między <4 godzinami a >24 godzinami po sekcji.
Te wyniki wskazują, że nie tylko właściwości pojedynczej komórki są nienaruszone i funkcjonalne po długotrwałej inkubacji, ale aktywność sieci, oceniana za pomocą obrazowania wapniowego i zapisów elektrofizjologicznych, pozostaje niezmieniona >24 godziny po sekcji. Co więcej, wykazaliśmy, że barwniki wapniowe mogą pozostawać w komórkach przez dłuższy czas, nie powodując żadnych szkodliwych skutków. Zastosowanie tego protokołu pokazuje, że aktywność funkcjonalna neuronów w ostrej tkance neuronalnej może być utrzymywana przez długi czas, gdy środowisko zewnętrzne jest wysoce regulowane. Co więcej, ponieważ żywotność tkanek różni się znacznie w zależności od laboratoriów ze względu na różne protokoły inkubacji, metoda ta ustanawia złoty standard dla idealnych parametrów, które należy zastosować w celu zmniejszenia zmienności stanu zdrowia ostrej tkanki neuronalnej.