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Artigo de método

Preparação de fatia de cunha in vitro para imitar conectividade do circuito neuronal vivo

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DOI:

10.3791/61664

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18 de agosto de 2020

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Neste artigo

Resumo

A integração de diversas entradas sinápticas aos neurônios é melhor medida em uma preparação que preserva todos os núcleos pré-sinápticos para o tempo natural e a plasticidade do circuito, mas as fatias cerebrais normalmente cortam muitas conexões. Desenvolvemos uma fatia cerebral modificada para imitar a atividade do circuito in vivo, mantendo a capacidade de experimentação in vitro.

Resumo

Técnicas de eletrofisiologia de fatias in vitro medem a atividade unicelular com resolução elétrica e temporal precisa. As fatias cerebrais devem ser relativamente finas para visualizar adequadamente e acessar neurônios para fixação de patches ou imagens, e o exame in vitro dos circuitos cerebrais é limitado apenas ao que está fisicamente presente na fatia aguda. Para manter os benefícios da experimentação de fatias in vitro, preservando uma porção maior de núcleos pré-sinápticos, desenvolvemos uma nova preparação de fatias. Esta "fatia de cunha" foi projetada para gravações de eletrofisiologia de grampos para caracterizar as diversas entradas monaurais, orientadas ao som para neurônios olivococlear medial (MOC) no tronco cerebral. Esses neurônios recebem suas entradas excitatórias e inibitórias primárias de neurônios ativados por estímulos no ouvido contralateral e núcleo coclear correspondente (CN). Uma fatia cerebral assimétrica foi projetada que é mais espessa no domínio rostro-caudal na borda lateral de um hemisfério e, em seguida, se inclina em direção à borda lateral do hemisfério oposto. Esta fatia contém, no lado grosso, a raiz nervosa auditiva transmitindo informações sobre estímulos auditivos para o cérebro, os circuitos intrínsecos de CN, e tanto o inibidor excitatório e trissináptico aferentes caminhos que convergem em neurônios MOC contralaterais. A gravação é realizada a partir de neurônios MOC no lado fino da fatia, onde são visualizados usando óptica DIC para experimentos típicos de grampo de remendo. A estimulação direta do nervo auditivo é realizada à medida que entra no tronco cerebral auditivo, permitindo que a atividade intrínseca do circuito CN e a plasticidade sináptica ocorram em sinapses a montante dos neurônios MOC. Com essa técnica, pode-se imitar a ativação do circuito in vivo o mais próximo possível dentro da fatia. Esta preparação de fatia de cunha é aplicável a outros circuitos cerebrais onde as análises de circuitos se beneficiariam da preservação da conectividade upstream e de entradas de longo alcance, em combinação com as vantagens técnicas da fisiologia de fatias in vitro.

Introdução

A observação da atividade dos circuitos neurais é idealmente realizada com entradas sensoriais nativas e feedback, e conectividade intacta entre regiões cerebrais, in vivo. No entanto, a realização de experimentos que dão resolução unicelular da função do circuito neural ainda é limitada por desafios técnicos no cérebro intacto. Enquanto métodos de eletrofisiologia extracelular in vivo ou imagens multifotográficas podem ser usados para investigar a atividade em sistemas nervosos intactos, interpretar como diferentes insumos se integram ou medem entradas sinápticas subestresis permanecem difíceis. Gravações in vivo de células inteiras superam essas limitações, mas são ....

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Protocolo

Todos os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e AVC/Instituto Nacional de Surdez e Outros Transtornos de Comunicação Do Comitê de Cuidado e Uso de Animais.

1. Preparações experimentais

NOTA: Detalhes sobre a preparação de fatias, incluindo solução de corte, temperatura de corte, temperatura de incubação de fatias e aparelhos (etc.) são específicos para a preparação do tronco cerebral realizada neste experimento. Os detalhes da incubação da fatia podem ser alterados por experiência de laboratório.

  1. Prepare soluções internas para fixação de correção....

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Resultados

Exame histológico da fatia de cunha
Para nossa investigação da função auditiva do neurônio brainstem, a preparação da fatia de cunha foi projetada para conter a raiz nervosa auditiva e o contralateral CN aos neurônios MOC destinados às gravações (exemplo de fatia mostrada na Figura 1B). O exame histológico inicial da preparação é importante para confirmar que a fatia contém os núcleos necessários para a ativação do circuito e que as projeções axonais estão intactas. Dois .......

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Discussão

O procedimento de corte descrito aqui chamado de fatia de cunha é poderoso para manter circuitos neuronais pré-sinápticos intactos, mas com a acessibilidade da experimentação de fatias cerebrais para análise da função neuronal. Deve-se tomar muito cuidado em várias etapas iniciais, a fim de maximizar a utilidade da preparação para a análise do circuito. As dimensões da cunha devem ser confirmadas por meio do exame histológico, que é essencial para a confirmação de que tanto os núcleos pré-sinápticos quanto suas projeções.......

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Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa Intramuros do NIH, NIDCD, Z01 DC0000091 (CJCW).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Preparações experimentais
Agar, póFisher ScientificBP1423500bloco de ágar 4% usado para estabilizar o tecido cerebral durante a seccionamento do vibratomo
AlexaFluor Hydrazide 488InvitrogenA10436Fluoróforo usado em solução interna para confirmar o sucesso do patch de neurônio MOC
Analytical BalanceGeneses Scientific (Intramalls)AV114Produtos químicos de pesagem
Lâmina de barbear de dois gumesTed Pella121-6Lâmina de corte Vibratome
Ácido quinurênico (5g)Sigma AldrichK3375-5GFatiamento Aditivo ACSF usado para reduzir a atividade dos neurônios durante a dissecção e fatiamento, a fim de melhorar a saúde do tecido para fixação de remendos
Medidor de pH FisherScientific (Intramalls)13-620-451Testador de pH de solução
Placas de Petri de plástico 100mm de diâmetro X 20mmFisher Scientific (Intramalls)12-556-0024% Preparação de Ágar
Agitando Placa QuenteFisher Scientific (Intramalls)11-500-150Aquecimento para 4% Preparação
Dissecção e Fatiamento
BiocytinSigma AldrichB4261-250MGProduto químico usado para rastreamento axonal (conjugado com Streptavidin 488)
Microscópio de dissecaçãoAmscopeSM-1BNPara dissecção de precisão durante a remoção do cérebro
Dumont # 5 FórcepsFine Science Tools11252-20 Ferramenta dedissecação de fórceps fino
Pinça econômica # 3WPI501976Ferramenta de dissecação de fórceps
Placa de Petri de vidro 150mm diâmetro x 15mm HFisher Scientific (Intramalls)08-747EPrato de dissecação
Papel de interface (203 X 254mm PCTE Membrane 10um)Thomas Scientific1220823Slice incubação/aplicação de biocitina
Leica VT1200S VibratomeLeica1491200S001Vibratome para corte de fatia de cunha seccionamento
Tesoura MayoRobozRS-6872Ferramenta
de dissecaçãoLâminas de aço carbono de um gumeFisher Scientific (Intramalls)12-640Lâmina de barbear para dissecação
Disco de amostra, orientandoLeica14048142068Estágio de vibratomo especializado para inclinação reprodutível
SpoonulaFisherSci14-375-10 Ferramenta dedissecação
Super GlueNewegg15187Usado para colar tecido no estágio
de vibratomoA mola de Vannas Scissorsfine Science Tools91500-09Ferramenta
Electrophysiology
A1R Microscópio Confocal VerticalNikon InstrumentsMicroscópio de eletrofisiologia e imagem, pode ser qualquer microscópio compatível com eletrofisiologia
Eletrodo Vidro borossilicato com filamento OD 1,5 mm, ID 1,1 mm, 10 cm de comprimentoSutter InstrumentBF150-110-10Patch clamping pipeta de vidro
Enchimento de eletrodo MicroFilWPICMF20GPatch eletrodo pipeta filler
Aquecedor de solução em linhaWarner Instruments (GSAdvantage)SH-27BAquecedor do sistema de perfusão de fatias
Sistemas Multi-MicromanipuladoresSutter IntrumentsMPC-200 com micromanipuladores MP285para colocação de patch clamp e eletrodo de estimulação
P-1000 extrator de pipeta horizontal para micropipetas de vidroInstrumentosSutter FG-P1000Patch clamp pipetter
extrator Patch-clamp amplificador e softwareHEKAEPC-10 / Patchmaster NextPode ser qualquer amplificador/software
Câmara de GravaçãoWarner InstrumentsRC26GFatia "banho" durante a gravação
Câmara de Gravação HarpaWarner Instruments640253Estabiliza a fatia durante a gravação de eletrofisiologia
Fatia Câmara de IncubaçãoConstruçãoCâmara de retenção aquecida e oxigenada para fatias durante a recuperação após o corte
Unidade de isolamento de estímuloA.M.P.I.Unidade de isolamento de estímulo Iso-Flexpara eletrofisiologia
Seringa 60CCFischer Scientific (Intramalls)14-820-11Manuseio de fluido de perfusão de eletrofisiologia
Controlador de temperaturaWarner Instruments (GSAdvantage)TC-324C Controlador detemperatura do sistema de perfusão de fatia
Tubulação 1/8 OD 1/16 IDFischer Scientific (Intramalls)14-171-129Manuseio de fluidos de perfusão de eletrofisiologia
Microeletrodo bipolar concêntrico TugstenWPITM33CCINSEletrodo estimulante para eletrofisiologia
Histologia
24 poço PlacaFisher Scientific (Intramalls)12-556006Histologia coleta de fatias e imunocoloração
Alexa Fluor 488 StreptavidinJackson Immuno labs016-540-084Anticorpo secundário para visualização de biocitina
Corning Orbital ShakerSigmaCLS6780FPShaker para agitação imuno-histoquímica
Acetato de violeta CresylSigma Aldrich (Intramalls)C5042-10GColoração celular para histologia
Lâminas de micrótomo descartáveisFisher Scientific22-210-052Lâmina de micrótomo deslizante
Filtro-seringa Nalgene 4mm Acetato de Celulose 0.2umFisher Scientific (Intramalls)09-740-34AFiltro de seringa para enchimento de pipetas de gravação com solução interna
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SuperfrostFisher Scientific22-034980Lâminas de histologia
de ágar de dissecação Personalizada lâmina para

Referências

  1. Campbell, J. P., Henson, M. M. Olivocochlear neurons in the brainstem of the mouse. Hearing Research. 35 (2-3), 271-274 (1988).
  2. Grothe, B., Sanes, D. H. Synaptic inhibition influences the temporal coding properties of medial superior ....

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Reimpressões e permissões

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