Os experimentos foram realizados em preparações nervosas-musculares isoladas do levator auris longus (m. LAL) dos Ratos BALB/C (20-23 g, 2-3 meses)41. Os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as diretrizes para o uso de animais de laboratório da Universidade Federal de Kazan e da Universidade Médica de Kazan, em conformidade com o Guia do NIH para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. O protocolo experimental atendeu aos requisitos da Diretiva 86/609/CEE do Conselho das Comunidades Europeias e foi aprovado pelo Comitê de Ética da Universidade Médica de Kazan.
1. Preparação das soluções ringer e arquivamento
- Prepare a solução do Ringer para o músculo mamífero misturando os seguintes ingredientes: NaCl (137 mM), KCl (5 mM), CaCl2 (2 mM), MgCl2 (1 mM), NaH2PO4 (1 mM), NaHCO3 (11,9 mM) e glicose (11 mM). Bubble através da solução com 95% O2 e 5% CO2 e ajuste seu pH para 7,2-7,4 adicionando HCl/NaOH, se necessário.
- Prepare a solução de carregamento de corante.
- Prepare a solução HEPES (10 mM) com pH na faixa 7.2-7.4. 500 μg de corante comercial vem em um frasco de 500 μL. Dissolva o corante em 14 μL da solução HEPES para obter uma concentração de corante de 30 mM. Agite bem e centrífugue até dissolver totalmente.
- Diluir a solução do indicador Ca2+ com solução HEPES até 1 mM de concentração. Mantenha-o em um congelador (-20 °C) e evite a exposição à luz.
2. Procedimento de carregamento de corante
NOTA: O procedimento de carregamento de corante é realizado de acordo com o protocolo de carregamento através do toco nervoso, adaptado dos protocolos publicados anteriormente 19,42,43,44,45,46.
- Dissecar o músculo LAL de acordo com o procedimento de dissecção para esta preparação, conforme descrito nos protocolos publicados anteriormente47,48.
- Fixar o tecido ligeiramente esticado (não mais de 30% do comprimento inicial) na placa de Petri revestida de elastômero com pinos finos de aço inoxidável e adicionar a solução de Ringer até que o músculo esteja totalmente coberto.
NOTA: A placa de Petri foi pré-preenchida com elastômero de acordo com as instruções do fabricante (ver Tabela de Materiais).
- Prepare a pipeta de enchimento
- Usando um puxador de micropipette (ver Tabela de Materiais), prepare uma micropipette com uma ponta fina que é o mais afiada possível para as gravações intracelulares. Use capilares sem filamentos internos (1,5 mm de diâmetro externo e 0,86 ou 1,10 mm de diâmetro interno).
- Quebre a ponta da micropipette depois de marcar o afunilador com um abrasivo, deixando a ponta aberta para cerca de 100 μm de diâmetro. Polir o fogo para baixo para limitar quando o diâmetro interno encolhe de >80 μm para 12-13 μm. Coloque um tubo de silicone em um lado da Pipeta de Enchimento e uma seringa (sem agulha) para o outro lado.
- Sob um estereoscópio, encontre o lugar onde o tronco nervoso se transforma em galhos nervosos separados. Coloque a Pipeta de Enchimento com o tubo montado e a seringa na placa de Petri usando cera. Mova a ponta da pipeta até que fique acima do nervo.
- Com uma tesoura fina, corte o nervo perto da fibra muscular, deixando um pequeno pedaço do toco nervoso de cerca de 1 mm de comprimento. Aspire suavemente o toco nervoso junto com alguma solução de Ringer, sem beliscá-lo, na ponta da Pipeta de Enchimento. Remova o tubo de silicone da Pipeta de Enchimento.
- Desenhe alguma quantidade da solução de carregamento de corante (~0,3 μL) usando uma seringa com um filamento longo. Este volume corresponde a aproximadamente 3 cm do filamento.
NOTA: Inicialmente, é necessário fazer um filamento a partir de uma ponta de pipeta com um volume de 10 μL puxando o fogo usando uma lâmpada de álcool ou um queimador de gás.
- Insira suavemente a ponta de filamento com a solução de carregamento na Pipeta de Enchimento. Solte a mistura diretamente no toco nervoso. Incubar a preparação à temperatura ambiente no escuro por 30 minutos.
- Depois disso, enxágue a preparação com a solução de Ringer fresca e incubar a 25 °C por até 2 h em um copo de vidro com 50 mL (ou mais) solução ringer (a preparação deve ser coberta com a solução). Durante este tempo, o corante atingirá as sinapses.
3. Captura de vídeo com microscopia confocal
NOTA: O registro de transintes de cálcio é realizado com um microscópio confocal de escaneamento a laser (LSCM) (ver Tabela de Materiais). Para registrar transitórios rápidos de cálcio, utilizou-se um protocolo original que permitia registros de sinais com resolução espacial e temporal suficiente. O método foi descrito minuciosamente na publicação por Arkhipov et al37. O microscópio foi equipado com um objetivo de imersão em água de 20x (1,00 NA). A linha laser de 488 nm foi atenuada a 10% de intensidade e a fluorescência de emissões foi coletada de 503 a 558 nm.
- Monte a preparação na câmara experimental revestida de elastômero de silício e fixe-a, ligeiramente esticada, com um conjunto de micro-agulhas de aço. Enxágüe extensivamente a preparação com a solução de Ringer.
NOTA: Foi utilizada uma simples câmara experimental de perfusão feita sob medida feita de vidro orgânico com a parte inferior da câmara coberta com um elastômero (preparado de acordo com as instruções do fabricante; ver Tabela de Materiais). A câmara tem um tubo de fornecimento de soluções. A solução é bombeada através de uma agulha de seringa, montada em um suporte magnético (ver Tabela de Materiais). Como uma câmara experimental, uma placa de Petri poderia ser usada (como a usada para incubação da preparação), mas com tubos de fornecimento e sucção conectados.
- Instale eletrodo de sucção que será usado para estimular o nervo.
NOTA: A construção do eletrodo é semelhante à publicada no artigo de 2015 por Kazakov et al49. Coloque e conserte o eletrodo depilando ao lado do banho. Mova a ponta perto do toco nervoso e aspire-a no eletrodo.
- Monte a câmara de preparação no estágio do microscópio e coloque as encaixes de entrada e saída na câmara.
- Para perfundir a preparação, use um sistema simples de fluxo de gravidade. Ligue a bomba de sucção de perfusão para remover a solução em excesso.
- Conecte o eletrodo de sucção estimulante em um estimulador elétrico e garanta que as contrações musculares ocorram após estímulos. Consulte a seção 3.9-3.12 para condições de estimulação e gravação.
- Encha o sistema de perfusão com a solução do Ringer com d-tubocurarine (10 μM).
NOTA: Esta solução ajuda a prevenir contrações musculares. D-tubocurarine ou bloqueadores específicos de alfa-bungarotoxina de receptores de acetilcolina nicotina na membrana pós-sináptica bloqueariam completamente ou parcialmente as contrações musculares50. Além disso, para prevenir contrações musculares, poderiamser utilizados bloqueadores específicos de canais de sódio postinopáticos, como μ-conotoxina GIIIB.
- Ligue a bomba de sucção de perfusão e inicie a perfusão da preparação com a solução do Ringer contendo d-tubocurarine.
- Defina parâmetros de imagem no software LSCM da seguinte forma.
- No software LSCM (LAS AF; ver Tabela de Materiais), escolha Eletrofisiologia.
NOTA: Neste modo, quando uma imagem é capturada no ponto de partida, um pulso sincronizado é enviado ao estimulador com a ajuda da caixa de gatilho. Isso provoca geração potencial de ação na preparação (Figura 1; unidade estimuladora).
- Selecione o modo de aquisição. Para acionar o estimulador usando o pulso de sincronização do microscópio, nas configurações do menu Trabalho , selecione as configurações do gatilho . Defina o campo Trigger Out On Frame para o canal out1 .
- Use as seguintes configurações: Modo de digitalização: XYT, Frequência de Digitalização: 1400 Hz, Fator Zoom: 6.1, Pinhole: totalmente aberto. Certifique-se de que o modo X transdirecionário sequencial esteja ligado.
- Defina o tempo mínimo para formar um quadro a 52 ms e quadros a serem coletados em um vídeo bruto em 20 quadros.
NOTA: Essas configurações permitem a captura de imagens com uma resolução de 128 x 128 pixels, enquanto tomam um único quadro a cada 52 ms.
- Defina o comprimento de onda de excitação do laser de argônio a 488 nm com 8% de potência de saída.

Figura 1: O esquema da configuração experimental. 1. Microscópio confocal de varredura a laser (LSCM). 2. Módulo de sincronização do LSCM (caixa de gatilho). 3. Estimulador. 4. Unidade de isolamento. 5. A amostra biológica. 6. Eletrodo de sucção para estimulação elétrica do nervo. 7. Sistemas de perfusão (7a: reservatório perfusado, 7b: conta-gotas, 7c: regulador de fluxo, 7d: frasco de vácuo). As setas apontam para a direção da propagação do pulso sincronizado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Pressione o botão Modo Vivo para mudar para o modo Live, o que ajuda a obter uma visualização de terminais nervosos carregados com o corante.

Figura 2: Nervo do mouse e terminais carregados com o indicador Ca2+ . Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Unidade de estimulação
NOTA: Neste trabalho, utilizou-se o estimulador descrito no artigo por Land et al.52 . Este dispositivo permite definir parâmetros temporais de estimulação através do software MatLab.- Crie um novo arquivo, cole o código do artigo acima mencionado na janela de código MatLab e salve o arquivo. Clique em Executar, para que uma janela com parâmetros de estimulação apareça. Defina o tempo de atraso e a duração do estímulo.
NOTA: O atraso determina a resolução temporal do sinal fluorescente reconstituído. O pulso elétrico de 0,2 ms de duração está atrasado e, em seguida, enviado para a unidade de isolamento. Este último forma a amplitude e polaridade do pulso estimulante e isola eletricamente o objeto biológico do equipamento de gravação.
- Para estimular o nervo, selecione a amplitude supramaximal do impulso estimulante (25%-50% maior do que a intensidade máxima de estimulação necessária para ativar todas as fibras nervosas).
NOTA: O método apresentado é baseado em um algoritmo especial para gravações de sinais fluorescentes rápidos únicos usando LSCM com a varredura minimizada. A cada passo do algoritmo desenvolvido, o sinal fluorescente gravado é deslocado do anterior por um intervalo de tempo mais curto que a varredura do microscópio. O valor das mudanças de tempo determina a resolução temporal do sinal necessário. O número de etapas (mudanças) no algoritmo depende da resolução temporal necessária e da resolução temporal original. Com este método de registro, o estímulo da preparação é realizado com uma frequência de 0,25 Hz.
- No modo Live, procure o ROI e obtenha o melhor foco. Execute o software de aquisição de dados.
- Mude o atraso no estimulador em 2 ms a menos em relação ao valor anterior e execute o software de aquisição de dados.
- Repita o passo 3.11 26 vezes para adquirir 26 sequências, com cada sequência deslocada por 2 ms da anterior.
4. Processamento de vídeo
NOTA: Uma série de imagens de vídeo adquiridas pelo microscópio confocal é exportada no formato TIFF com o software livre LAS X (ver Tabela de Materiais). Esta série foi dividida em quadros e exportada para uma pasta. Para gerar a sequência de imagem com maior resolução de tempo, utilizou-se o software ImageJ, que possui um código inicial aberto para análise e processamento dos dados. O algoritmo de processamento de sinais é representado esquematicamente na Figura 3.

Figura 3: Esquema para compilar um arquivo de vídeo de alta resolução (2 ms no quadro) a partir de arquivos de vídeo originais com baixa resolução temporal (52 ms no quadro). Os arquivos de vídeo originais e os sinais correspondentes são coloridos em preto, magenta e verde. O arquivo de vídeo compilado e o sinal resultante são coloridos de vermelho. O esquema à direita, linha por linha, mostra as imagens de vídeo obtidas com um microscópio confocal. À esquerda, os sinais correspondentes de fluorescência mudam do ROI selecionado. A linha mais alta é formada quadro a quadro a partir dos quadros recebidos de acordo com o esquema. O resultado é uma imagem de vídeo composta por toda a matriz de quadros para que haja um tempo de atraso de 2 ms entre os quadros em vez de 52 ms. Cada linha corresponde a um deslocamento do sinal de estimulação por (n - 1) * t, onde t é mudança de tempo (2 ms), e n é o número de iterações de turno. k denota o número de quadros nos arquivos de vídeo originais (linhas 2-4) e depende da duração do sinal gravado. Neste caso, para registrar um sinal com duração de 1 s, é necessário selecionar k = 20 (52 ms * 20 = 1040 ms). t0 é o atraso necessário antes da estimulação. Para calcular o número de iterações de turno n, a resolução temporal inicial entre os quadros (52 ms) deve ser dividida pela resolução temporal exigida (2 ms). Neste caso, n = 26, o que corresponde a 26 varreduras registradas. Como resultado das manipulações realizadas, uma imagem de vídeo composta por n * k = 520 quadros é obtida. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
- Execute o software LAS X. Abra o projeto que foi criado durante a realização do experimento. Clique em Exportar e, em seguida, em Salvar Como salvar quadros em .tiff formato na pasta de destino.
- Execute o software ImageJ. Clique em Arquivo > Importar > sequência de imagem.
- Na janela Sequência de imagem aberta , escolha a pasta de destino e abra o primeiro quadro.
- Na janela Opções de sequência , no campo Imagem inicial , defina o número do quadro para 1 para o primeiro quadro. No campo Incremento , defina o valor igual ao número de quadros na gravação inicial do sinal (20 para o presente caso) e clique em OK.
- Para salvar o arquivo gerado dos primeiros quadros costurados em uma pasta separada, clique em Arquivo > Salvar > pasta.
- Repita as etapas 4.3-4.5 para os próximos 19 quadros. Na janela Opções de sequência , defina o número de quadro correspondente no campo Imagem inicial .
- Para gerar o vídeo completo de alta resolução, costure todos os quadros juntos. Para fazer isso, clique em Arquivo > Importar > Sequência de Imagem e selecione 1 nos campos Imagem inicial e Incremento . O resultado será o vídeo final com maior resolução temporal. Salve o arquivo em .tiff ou em qualquer outro formato adequado.
5. Análise de vídeo
NOTA: No ImageJ, selecione ROI e plano de fundo. Subtrair o fundo do ROI. Os dados são representados como a razão( ΔF / F0 - 1) * 100%, onde F0 é a intensidade da fluorescência em repouso e ΔF é a intensidade da fluorescência durante a estimulação.
- Clique em Image > Stacks > Tools > Stack Sorter. Em seguida, clique em Análise > Ferramentas > gerenciador de ROI.
- Arraste e solte o arquivo .tiff salvo na etapa 4.7 na janela ImageJ. Expanda a imagem para uma visão melhor. Para melhorar a visualização da imagem, clique em Imagem > Ajuste > brilho/contraste > Auto. Esta etapa não afetará os dados.
- Defina o fundo perto do terminal nervoso desenhando ROI. Adicione ao gerente do ROI. Calcule o plano de fundo clicando em Mais > Multi Medida. Copie valores médios, cole para o programa Planilha e calcule a média.
- Subtraia o valor médio calculado das pilhas clicando em Process > Subtrair principal >. Digite o valor.
- Desenhe o ROI em torno de um terminal nervoso através de uma linha de polígono. Adicione ao gerente do ROI.
- Meça a intensidade do terminal nervoso: Clique em Mais > Multi Medida. Copie valores médios e cole-os no programa Planilha.
- Calcule a compensação média dos sinais.
NOTA: Use os pontos correspondentes dependendo do tempo de atraso antes da estimulação. Esta etapa estabelece o valor F0 que será utilizado em cálculos subsequentes.
- Divida os valores do sinal pelo valor médio de deslocamento.
NOTA: Após esta etapa, o sinal não contém a contribuição do fundo e fluorescência bruta aos valores de amplitude do ROI selecionado.
- Subtrair 1 dos valores obtidos na etapa 5,8 e, em seguida, multiplicar por 100%.
- Plote um gráfico de Ca2+- transitório e calcule a amplitude.