Name: Excitação externa de Neurônios Usando Campos Elétricos e Magnéticos em One e culturas bidimensionais (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Aprenda a estimular culturas neuronais unidimensionais e bidimensionais com campos elétricos e magnéticos. Este método permite medir parâmetros de excitação neural como cronaxia e reobase em diferentes compartimentos do neurônio.

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Os autores agradecem Ofer Feinerman, Fred Wolf, Menahem Segal, Andreas Neef e Eitan Reuveny para discussões muito úteis. Os autores agradecem Ilan Breskin e Jordi Soriano para o desenvolvimento de versões iniciais da tecnologia. Os autores agradecem a Tsvi Tlusty e Jean-Pierre Eckmann pela ajuda com os conceitos teóricos. Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Minerva, o Ministério da Ciência e Tecnologia, Israel, e pela Fundação Ciência de Israel subvenção 1320/09 e da Fundação Bi-Ciência Fundação 2008331.

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</ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Padrão 1D é uma ferramenta importante que pode ser usado para uma variedade de aplicações. Por exemplo, utilizamos padrões 1D para criar portas lógicas a partir de culturas neuronais 29 e mais recentemente para medir o Chronaxie e Rheobase de neurônios do hipocampo de ratos 5 e a desaceleração da velocidade de propagação de sinal da atividade de disparo em neurônios do hipocampo de síndrome de Down em comparação com a Neurônios do hipocampo do tipo selvagem (WT) <sup class...

A interacção entre os neurónios e os campos eléctricos externos tem implicações fundamentais, bem como os práticos. Embora seja conhecido desde os tempos de Volta que um campo eléctrico aplicado externamente pode excitar tecido, os mecanismos responsáveis para a produção de um potencial de acção resultante em neurónios são apenas recentemente começando a ser desvendado 1, 2, 3, 4. Isto inclui encontrar respostas a perguntas sobre o mecanismo que causa despolarização do potencial de membrana, o papel das propriedades da membrana e de canais iônicos, e até mesmo a região do neurônio que reage ao campo elétrico 2, 5. Terapêutico neuro 6, 7, 8, 9, <sup10 metodologias são particularmente dependentes desta informação, que pode ser crucial para a segmentação das áreas afectadas e para a compreensão dos resultados da terapia. Essa compreensão também pode ajudar no desenvolvimento de protocolos de tratamento e novas abordagens para estimulação de diferentes áreas do cérebro. A medição da interação dentro do cérebro in vivo acrescenta um componente importante a esta compreensão, mas é dificultada pela imprecisão e baixa controlabilidade das medições dentro do crânio. Em contraste, as medições em culturas podem ser facilmente realizadas em alto volume com alta precisão, excelente desempenho sinal-ruído e um alto grau de reprodutibilidade e de controle. Usando culturas uma grande variedade de propriedades neuronais do comportamento coletivo da rede pode ser elucidada 11 , 12 , 13 , 14 , </sup&gt; 15, 16. De igual modo, este sistema é bem controlada esperado ser altamente eficientes para elucidar o mecanismo pelo qual outros métodos de estimulação trabalhar, por exemplo, como a abertura do canal durante a estimulação óptica em neurónios optogenetically activas 17, 18, 19, é responsável pela criação de potencial de acção. Aqui, o foco está em descrever o desenvolvimento e compreensão das ferramentas que podem eficientemente excitam o neurônio através de um campo elétrico externo. Neste documento descreve-se a preparação de bidimensional e unidimensional culturas de hipocampo estampados, estimulação utilizando diferentes configurações e orientação de um campo eléctrico aplicado directamente por eléctrodos de banho, e, finalmente, a estimulação da bidimensional e modelado culturas unidimensionais por um tempo variando no campo magnético, o que induz um campo eléctrico5, 20, 21.

<table><tbody><tr><td>APV</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A8054</td><td>Desconecte a rede. Mencionado na Seção 2.4.2</td></tr><tr><td>B27 supp</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td>Meio de galvanização. Mencionado na Seção 1.1.1</td></tr><tr><td>bicuculline</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>14343</td><td>Desconecte a rede. Mencionado na Seção 2.4.2</td></tr><tr><td>Bórax (tetraborato de sódio decahidratado) Tampão borato</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>S9640</td><td>. Mencionado na Seção 1.1.2</td></tr><tr><td>Ácido bórico</td><td>Frutarom LTD</td><td>5550710</td><td>Tampão borato. Mencionado na Seção 1.1.2</td></tr><tr><td>CaCl2 , 1 M</td><td>Fluka&nbsp;</td><td>21098</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>CNQX</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C239</td><td>Desconecte a rede. Mencionado na Seção 2.4.2</td></tr><tr><td>COMSOL</td><td>COMSOL Inc</td><td>Multifísica 3.5</td><td>Simulação numérica. Mencionado na Seção 3.5.2</td></tr><tr><td>D-(+)-Glicose, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65146</td><td>Meio de galvanização, Solução de gravação extracelular. Mencionado nas secções 1.1.1 e 1.5.2</td></tr><tr>Culturas de células<td>D-PBS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D8537</td><td>. Mencionado nas Seções 1.2.4 e 1.2.6</td></tr><tr><td>FCS (FBS)</td><td>Gibco</td><td>12657-029</td><td>Meio de galvanização. Mencionado na Seção 1.1.1</td></tr><tr><td>Fibronectina</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td>Bio Coating. Mencionado na Seção 1.2.6</td></tr><tr><td>Tecnologias Fluo4AM</td><td>Life</td><td>F14201</td><td>Imagem de atividade espontânea ou evocada. Mencionado nas Seções 1.5.1, 1.5.3 e 1.5.5</td></tr><tr><td>FUDR</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F0503</td><td>Troca de meio. Mencionado na Seção 1.4.1</td></tr><tr><td>Gentamycin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G1272</td><td>Meio de galvanização, Meio em mudança, Meio final. Mencionado na Seção 1.1.1</td></tr><tr><td>GlutaMAX 100x</td><td>Gibco</td><td>35050-038</td><td>Meio de galvanização, Meio de mudança, Meio final. Mencionado na Seção 1.1.1</td></tr><tr><td>Hepes, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H0887</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>HI HS</td><td>BI</td><td>04-124-1A</td><td>Meio de galvanização, Meio de mudança, Meio final. Mencionado nas Seções 1.1.1, 1.4.1 e 1.4.2</td></tr><tr><td>KCl,&nbsp; 3 M</td><td>Merck</td><td>1049361000</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>Laminina</td><td>Revestimento biológico Sigma-Aldrich</td><td>L2020</td><td>. Mencionado na Seção 1.2.6</td></tr><tr><td>MEM x 1</td><td>Gibco</td><td>21090-022</td><td>Meio de galvanização, Meio em mudança, Meio final. Mencionado na Seção 1.4.1&nbsp; &nbsp; &nbsp; 1.4.2</td></tr><tr><td>MgCl2 , 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M1028</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>NaCl, 4 M</td><td>Bio-Lab</td><td>19030591</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>Octadecanethiol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>01858</td><td>Limpeza de lamínulas revestidas com Cr-Au (culturas 1D). Mencionado na Seção 1.2.3</td></tr><tr><td>Pluracare F108 NF Prill</td><td>BASF Corparation&nbsp;</td><td>50475278</td><td>Revestimento de Bio-Rejeição, Bio Revestimento. Mencionado nas Seções 1.2.4 e 1.2.6</td></tr><tr><td>Solução de poli-L-lisina a 0,01%&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&nbsp; P47075</td><td>Promover a divisão celular. Mencionado na Seção 1.1.4</td></tr><tr><td>Sacarose, 1 M</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S1888</td><td>Solução de gravação extracelular. Mencionado na Seção 1.5.2</td></tr><tr><td>Thiol&nbsp;</td>Revestimento de Bio-Rejeição <td>Sigma-Aldrich</td><td>1858</td><td>. Mencionado na Seção 1.2.3</td></tr><tr><td>URIDINE</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>U3750</td><td>Troca de meio. Mencionado na Seção 1.4.1</td></tr><tr><td>Máquina de pulverização catódica</td><td>AJA International, Inc</td><td>ATC Orion-5Series&nbsp;</td><td>revestimento de vidro com finas camadas de metal. Mencionado na Seção 1.2.2</td></tr><tr><td>Plotter de caneta</td><td>Hewlett Packard</td><td>HP 7475A</td><td>Gravação de padrão na lamínula revestida. Mencionado na Seção 1.2.5</td></tr><tr><td>Eletrodos fios&nbsp;</td><td>A-M Systems, Carlsborg WA</td><td>767000</td><td>Estimulação elétrica de culturas neuronais. Mencionado nas Seções 2.1, 2.2, 2.3 e 2.4.5</td></tr><tr><td>Gerador de sinal</td><td>BKPrecisão</td><td>4079</td><td>Modelagem do sinal elétrico. Mencionado na Seção 2.3</td></tr><tr><td>Amplificador</td><td>Caseiro</td><td></td><td>Amplificação de tensão do sinal do gerador de sinal para os eletrodos. Mencionado na Seção 2.3</td></tr><tr>Matriz<td>da fonte de alimentação</td><td>&nbsp;</td><td>MPS-3005 LK-3&nbsp;</td><td>Fonte de alimentação para a máquina de pulverização catódica. Mencionado na Seção 1.2.2.3</td></tr><tr><td>Estimulação magnética transcraniana</td><td>Magstim, Spring Gardens, Reino Unido</td><td>Rapid 2</td><td>Estimulação magnética da cultura neuronal. Mencionado nas Seções 3.1, 3.3 e 3.4</td></tr><tr><td>Epóxi</td><td>Cognis</td><td>Versamid 140</td><td>Fundição de bobinas caseiras. Mencionado na Seção 3.4</td></tr><tr><td>Epoxy</td><td>Shell</td><td>EPON 815</td><td>Fundição de bobinas caseiras. Mencionado na Seção 3.4</td></tr><tr><td>Fios de platina com 0,005'' de espessura; Sistemas A-M,&nbsp;</td><td>&nbsp; Carlsborg WA&</td><td>nbsp; 767000</td><td>Estimulação elétrica de culturas neuronais. Mencionado na Seção 2.1</td></tr><tr><td>Bobina magnética circular</td><td>Estimulação magnética caseira</td><td></td><td>da cultura neuronal. Mencionado na Seção 3.3</td></tr><tr><td>WaveXpress SW</td><td>B& K Precisão&nbsp;</td><td></td><td>Software de edição de forma de onda. Mencionado na Seção 2.1.32</td></tr><tr><td>Câmera Xion Ultra 897</td><td>Andor</td><td></td><td>Sensitive EMCCD. Mencionado na Seção 2.4.4</td></tr></tbody></table>

excitação externa de neurônios usando campos elétricos e magnéticos em one e culturas bidimensionais

External Excitation of Neurons Using Electric and Magnetic Fields in One- and Two-dimensional Cultures

Um neurónio irá disparar um potencial de acção, quando o seu potencial de membrana excede um determinado limiar. A actividade típica do cérebro, isto ocorre como resultado de entradas químicos às suas sinapses. No entanto, os neurônios também pode ser excitado por um campo eléctrico imposto. Em particular, aplicações clínicas recentes ativar os neurônios, criando um campo elétrico externo. Por isso, é de interesse para investigar como o neurônio responde ao campo externo eo que faz com que o potencial de ação. Felizmente, a aplicação precisa e controlada de um campo eléctrico externo é possível que as células neuronais embrionárias que são excisados, dissociadas e cultivadas em culturas. Isso permite que a investigação dessas questões em um sistema altamente reprodutível. Neste artigo algumas das técnicas utilizadas para aplicação controlada de campo elétrico externo em culturas neuronais são revistos. As redes podem ser unidimensional, ou seja padronizado em lineaformas R ou deixadas a crescer em todo o plano do substrato, e, assim, bidimensional. Além disso, a excitao pode ser criada por aplicação directa do campo eléctrico através de eléctrodos imersos no fluido (eléctrodos de banho) ou através da indução do campo eléctrico utilizando o criação remota de impulsos magnéticos.

O protocolo apresentado permite fácil padronização das culturas neuronais. Quando é combinado com vários métodos desenvolvidos para a estimulação, que permite fazer medições de alguns intrínsecas propriedades neuronais como chronaxie e reobase 5, para comparar as propriedades dos neurónios saudáveis e doentes 27, para encontrar formas ideais para estimular culturas como uma função de sua estrutura e muitos mais novas abordagens. Alguns exem...

culturas neuronais são um bom modelo para o estudo de técnicas emergentes de estimulação do cérebro através de seus efeitos sobre os neurônios individuais ou uma população de neurônios. Aqui apresentados são diferentes métodos para a estimulação de culturas neuronais modeladas por um campo eléctrico produzido directamente por eléctrodos de banho ou induzida por um campo magnético variável no tempo.

Excitação externa de Neurônios Usando Campos Elétricos e Magnéticos em One e culturas bidimensionais

A neuron will fire an action potential when its membrane potential exceeds a certain threshold. In typical activity of the brain, this occurs as a result ...

O objetivo geral deste protocolo para a estimulação elétrica e magnética de culturas unidimensionais e bidimensionais é usar culturas neuronais de forma eficiente como um modelo reduzido para estimulação cerebral do qual podemos extrair insights e parâmetros importantes. O uso de nosso protocolo de estimulação elétrica com culturas unidimensionais nos permite medir parâmetros específicos relacionados à excitação neural, por exemplo, cronaxia e reobase em diferentes compartimentos do neurônio. A técnica de estimulação magnética nos permite comparar o efeito dos campos magnéticos versus elétricos em culturas neuronais.Este modelo também nos permite diagnosticar e tratar melhor os distúrbios cerebrais. Propomos um método eficaz e fácil para cultivar redes neuronais padrão em qualquer padrão de design, mesmo redes unidimensionais. Podemos então orientar campos magnéticos elétricos e variáveis no tempo em relação a essas redes para separar e observar contribuições de diferentes compartimentos do neurônio.A principal vantagem dessa técnica é que ela não requer seres humanos ou modelos animais, permitindo uma pesquisa extensa e exaustiva dos parâmetros corretos para estimulação neuronal.

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Neuroscience

Neurociência

Este protocolo demonstra métodos utilizados para estabelecer ambientes 2D e 3D em câmaras de design personalizado electrotactic, que pode acompanhar...

Campo elétrico controlado de migração dirigida de células progenitoras neurais em ambientes 2D e 3D

Neste protocolo demonstramos como construir câmaras personalizados que permitem a aplicação de um campo elétrico de corrente contínua para permitir lapso de tempo de imagem do cérebro adulto derivado translocação de células neurais precursor durante galvanotaxis.

Um Ensaio Galvanotaxis para Análise de Precursores Neurais Cinética migração celular em um campo aplicado externamente Corrente Contínua Elétrica

Este vídeo demonstra o desenvolvimento de uma cultura neuronal 3D acoplada a uma matriz de microeletrodos planares com neurônios do hipocampo. Os neurônios isolados formam uma rede 2D na área ativa do conjunto de microeletrodos e aderem a microesferas de vidro em uma placa de vários poços com uma inserção de membrana. Ao transferir essas microesferas revestidas de neurônios para o eletrodo, elas se organizam em uma rede neural 3D interconectada.

Construindo redes neuronais tridimensionais acopladas a matrizes de microeletrodos

Este vídeo demonstra uma técnica para estimular culturas neuronais padronizadas por linha com um campo elétrico uniforme e unidirecional.

Excitação externa de culturas neuronais padronizadas unidimensionais

Este vídeo demonstra um método para estimular culturas neuronais cultivadas em um anel circular padronizado em uma lamínula, usando um campo magnético variável no tempo.

Estimulação de culturas neuronais padronizadas por um campo magnético

O vídeo demonstra a gravação eletrofisiológica para avaliar as conexões neurais entre neurônios corticais derivados de iPSC e de ratos, confirmando contatos sinápticos na co-cultura, ativando canais iônicos sensíveis à luz e detectando correntes pós-sinápticas.

Avaliando a formação de conexões neurais em uma co-cultura usando registros eletrofisiológicos

Apresentamos um protocolo para cultivar explantes primários de neurônios do gânglio espiral murino em matrizes de múltiplos eletrodos para estudar perfis de resposta neuronal e otimizar parâmetros de estimulação. Tais estudos visam melhorar a interface neurônio-eletrodo do implante coclear para beneficiar a audição dos pacientes, bem como o consumo de energia do dispositivo.

Do gânglio espiral Neuron Explant Cultura e Eletrofisiologia em multi-eléctrodos Arrays

Células neuronais de rato cultivadas em matrizes de múltiplos eléctrodos apresentam um aumento na resposta após estimulação eléctrica. Este protocolo demonstra como cultivar neurônios, como registrar a atividade, e como estabelecer um protocolo para treinar as redes para responder a padrões de estimulação.

Aumento Time-dependente na resposta da rede à estimulação de culturas de pilha neuronais em matrizes do micro-elétrodo

Este protocolo descreve o uso de nanofios de silício para bio modulação óptica intracelular de células em um método simples e fácil de executar. A técnica é altamente adaptável a diversos tipos de células e pode ser usada para aplicações in vitro e in vivo.

Nanofios de Silício e Estimulação Óptica para Investigações de Acoplamento Elétrico Intra e Intercelular

Neste estudo, apresentamos um protocolo para a diferenciação de células neurais e progenitoras (NPCs) induzidas unicamente pela estimulação de pulso de corrente direta (DC) em um sistema microfluido.

Diferenciação de células precursoras neurais induzidas por campo elétrico em dispositivos microfluidos

Este protocolo descreve o processo passo a passo para construir estimuladores elétricos e magnéticos usados para estimular tecidos biológicos. O protocolo inclui uma diretriz para simular campos computacionais elétricos e magnéticos e fabricação de dispositivos estimuladores.

Dispositivos de campo elétrico e magnético para estimulação de tecidos biológicos

Aprenda a estimular culturas neuronais unidimensionais e bidimensionais com campos elétricos e magnéticos. Este método permite medir parâmetros de excitação neural como cronaxia e reobase em diferentes compartimentos do neurônio.

Excitação externa de Neurônios Usando Campos Elétricos e Magnéticos em One e culturas bidimensionais

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