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Por fotólise a estimulação, a dose de exposição (intensidade e tempo), local de exposição e geometria do feixe são variáveis-chave. O sistema descrito neste artigo é capaz de dois feixes diferentes photostimulation, ajustável através de mover uma lente em/fora do caminho luz photostimulation antes que o raio entra no sistema do galvanômetro. Sem essa lente, o feixe de photostimulation preenche a pupila de entrada do x 60 / 1,0 NA água-mergulho [60 x WD] objetivo, produzindo uma perto-difração-limitada, lugar de sub-µm no plano focal dentro da amostra. Isto é associado com photostimulation de luz com uma forma de ampulheta, estendendo-se acima e abaixo do ponto focal simétrico com o eixo óptico. Com a lente inserida o caminho, photostimulation de luz de laser está orientada para a pupila de entrada da lente objetiva e em seguida, sai como um feixe de lápis-como. Este feixe, o que é esperado para ser ~ 10 µm de diâmetro para atingir um objetivo de 60 x, estende-se uniformemente/verticalmente em toda a amostra. Neste modo, a intensidade da luz em qualquer local determinado dentro do ponto de estimulação será ~ 1% da intensidade local pequena perto-difração-limitada. Assim, maiores potências do laser são normalmente necessárias quando usando ~ 10 µm estimulação local. Para todas as experiências relatadas neste artigo, utilizou-se um feixe de ampulheta-tipo photostimulation.
O poder de amostra entregue pode ser plotado contra a configuração da tensão de entrada, depois de medir a potência do laser na amostra usando um medidor de energia. Estes estudos utilizam um 60 x objetivo WD com uma distância de trabalho de 2 mm, mas não está submersa na água para medições de potência evitar possíveis danos ao elemento detector. Quando os objectivos com listados NA > 0,95 são medidos no ar (sem líquido de imersão), pode haver perdas de reflexão interna total no elemento frontal lente devido o índice mais baixo (ar). Neste caso, para uma medição de energia de amostra mais precisa (para corrigir as perdas da reflexão interna total), aumentar a potência medida pela 1,0 NA objetiva (1.0/0.95)2 medida no ar. A Figura 1a mostra uma trama típica de entrada/saída para 405 nm e 473 lasers de nm visível que são incorporadas a laser lançam sistema neste estudo. Estes sistemas de laser são ideais para controle de dose de exposição de foto-estimulação pelas seguintes razões: (1) são previamente calibrados para fornecer potência diretamente linear em relação à tensão de entrada (0-5 V), (2) fornecem uma operação do obturador silencioso (com nenhum laser de saída), e (3) têm rápida, controle de duração do pulso de intensidade sub-ms (0,1 ms resposta). Ao usar o ponto de foto-estimulação com um sistema de laser/galvo, calibração de rotina dos pontos MarkPoints é uma tarefa essencial. Figura 1b (painel esquerdo) demonstra um sistema que está fora de calibração (ponto desejado para estimular a foto não resulta em estimulação exata desse ponto, conforme indicado pelo local queimadura-furo), com um retorno para o posicionamento exato do local depois da calibração ( Figura 1b, painel direito).
PA-Nic é modestamente fluorescente (pico de emissão em ~ 510 nm), exibindo a excitação eficaz entre 350-450 nm (1 fóton excitação) ou 700-900 nm (2-fóton excitação)5. Para visualizar os PA-Nic durante aplicação local, PA-Nic (1 mM) foi aplicado perto de tecido cerebral seguido por imagem simultânea de contexto de transmissão óptica secionado de tecido (1) cérebro via Dodt contraste e (2) a fluorescência emitida de excitação (900 nm) de PA-NIC. PA-Nic 2PE fluorescência foi facilmente detectável durante a ejeção de pressão de uma pipeta de aplicação local (Figura 2a). Nicotina e um monoalkylcoumarin, 7-carboximetilamino-4-metil cumarina, são os principais produtos fotoquímicos do PA-Nic fotólise reação5. Usando as mesmas configurações/parâmetros que foram usados para PA-Nic de imagem de imagem, o tecido foi fotografado durante a entrega de nicotina (1 mM) ou 7-carboximetilamino-4-metil cumarina (1 mM). Não foi detectado nenhum sinal fluorescente (Figura 2a, painéis de médios e baixos), demonstrando a especificidade dos resultados PA-Nic. Finalmente, PA-Nic foi aplicado no tecido cerebral e emissão de fluorescência PA-Nic foi fotografada (Figura 2b). Esta abordagem confirma que PA-Nic está presente dentro de 100-200 µm da pipeta aplicação local. Juntos, esses dados confirmam que PA-Nic é efetivamente entregue ao cérebro tecido através do aplicativo local.
Gravações de eletrofisiologia com 2PLSM simultânea para visualização das estruturas celulares exige o investigador para considerações de equilíbrio para ambos os componentes do experimento, e muitas vezes uma janela de tempo estreita (~ 20 min) está disponível para válido aquisição de dados de amostra em uma célula de remendado. Sem considerar a visualização celular, é prática recomendada para começar a gravar logo que possível após a invasão porque gravação estabilidade tende a diminuir com o tempo. No entanto, quando a imagem é uma exigência, considerações eletrofisiológicas devem permitir um tempo adequado para aumentos de concentração de fluorescência em estruturas pequenas/remoto. Isto é exemplificado, examinando uma concentração de corante de enchimento curva28, que às vezes é útil para derivar quando um novo tipo de célula de imagem. A Figura 3 mostra vários neurónios de exemplo como Z-pilhas através de 2PLSM e foi recolhido em uma projeção de intensidade máxima para fins de apresentação. A figura 3a mostra imagens de alta qualidade onde morfologia neuronal parece estar completa, ruído é minimizado e detritos não interfere com a interpretação da morfologia celular. Figura 3b mostra imagens de baixa qualidade, devido a uma menor taxa de sinal-para-fundo e detritos substancial. Este detritos frequentemente aparece como bolsos esféricos de fluorescência intensa, decorrentes da ejeção da tintura da pipeta remendo de imagem enquanto se aproximava da célula. Notavelmente, inclusão de 100 µM PA-Nic no banho (ao executar a aplicação de banho) tende a reduzir a taxa de sinal-para-fundo e leva ao contraste da imagem abaixo do ideal. Alexa Fluor 568 ou 594 costuma ser bastante útil em experimentos de aplicação local como um corante de localizador ou como um sinal de referência/normalização 2PE normalizando. Um comprimento de onda efetivo para a excitação de dois fotões destes corantes é ~ 780 nm27, que permite a visualização simultânea de PA-Nic e identificação dos compartimentos celulares. Este comprimento de onda, no entanto, não totalmente evita dois fotões fotólise de PA-Nic5. Alexa Fluor 488 é vantajosa em experimentos de banho-aplicativo PA-Nic; Quando animado com um comprimento de onda apropriado ≥900 nm, dois fotões fotólise de PA-Nic5 pode ser evitado mantendo ainda a visualização adequada dos compartimentos celulares.
A Figura 4 mostra os dados de exemplo para PA-Nic localizadas do laser flash fotólise MHb neurônios em fatias de cérebro. Figura 4a (painéis superior) mostra um exemplo de uma imagem de "referência", que é uma captura de tela da última 2PLSM imagem tirada antes do protocolo de MarkPoints foi executado, sobreposto com o local de ponto de foto-estimulação. Figura 4a (inferior a painéis de imagem) mostra uma visão ampliada da foto-estimulação ponto sobreposto na morfologia celular. A resposta eletrofisiológica correspondente tempo-correlacionados a fotólise de PA-Nic é mostrada nos painéis inferiores da figura 4a. Trabalhos anteriores demonstraram que estas correntes são sensíveis à nAChR antagonistas5. Figura 4b mostra dados representativos de diferentes células onde fotólise de ponto único foi realizada em um intervalo de 1 s ou 10 s. Considerando que um intervalo de 10 s permitido tempo suficiente de recuperação para a linha de base segurando atual, um intervalo mais curto de s 1 levou a uma aumento gradual da posição atual como o protocolo prosseguiu. O aumento da atual sugere que a nicotina não teve tempo suficiente para difundir longe do sistema com o intervalo de 1 Hz29. Tal resposta temporal análises devem ser realizada de novo em qualquer novo tipo de célula, sendo estudado, como a Neurofarmacologia de nAChRs pode diferir entre tipos de células.

Figura 1: calibração do laser de Photostimulation. (uma) saída de poder do laser foto-estimulação. Poder no plano da amostra (através de um x 60 / 1.0 objetivo de água-mergulho at) foi medido para 405 nm e 473 lasers de foto-estimulação de nm no ajuste de saída indicado. (b) calibração do laser de foto-estimulação. Imagens de captura de tela mostram a relação espacial entre o ponto de foto-estimulação pretendido e o local correspondente onde foto-estimulação ocorreu (queimadura-buraco) antes (esquerda) e depois (direita) executando calibração em MarkPoints. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: aplicação local PA-Nic. (um) deteção de PA-Nic de um local aplicativo pipeta. 1 mM PA-Nic, subproduto de fotólise ou nicotina foram dissolvidos em ACSF, carregado em uma pipeta de aplicação local e dispensada no tecido cerebral durante 2PLSM (excitação de 900 nm) de imagem usando as mesmas configurações de imagem para cada droga. Imagem de transmissão Dodt contraste de exploração do laser mostra a tecido/pipeta enquanto um cátodo GaAsP PGTO foi usado para capturar a emissão de fluorescência. (b), PA-Nic (1 mM) foi perfundido em tecido cerebral e fotografada através de 2PLSM como em (um) para mostrar a propagação lateral do PA-Nic usando sua fluorescência intrínseca. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: aquisição de imagens de microscopia de varredura a laser 2-fóton. (a) Z-pilhas de 2PLSM ideal. Dois exemplos de projeções de intensidade máxima do 2PLSM Z-pilha são exibido por neurônios MHb com dendritos bem resolvidos e pouca ou nenhuma interferência detritos. (b) 2PLSM sub-ótimo Z-pilhas. Dois exemplos de projeções de intensidade máxima do 2PLSM Z-pilha são mostrados para os neurônios de MHb rodeados por detritos (tintura expelido da pipeta durante a aproximação da célula). Tais imagens são mais difíceis de interpretar do que imagens como as mostradas em (um). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Laser flash fotólise do PA-NIC. (uma) referência MarkPoints imagens e correntes para dentro, evocadas por fotólise PA-Nic. Para um neurônio de MHb, imagens de referência crus são mostradas para ensaios de foto-estimulação MarkPoints em um único local de celular (indicado). Note que para alguns locais de foto-estimulação (a imagem de extrema direita nesta série), a estrutura dendrítica está em foco, mas a soma e o dendrito proximal não são. Abaixo de cada imagem de referência, nicotina uncaging-evocada aperfeiçoamento activo corrente é plotado. (b) estímulo inter intervalos para PA-Nic fotólise. Gravações de exemplar são mostradas para os neurônios de MHb onde a nicotina foi uncaged repetidamente no mesmo local perisomatic com um intervalo de estímulo Inter de 1 s ou 10 s. , por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.