Представлена простая и новая методика регистрации афферентного разряда за счет механической стимуляции ланцетных окончаний частокола, иннервирующих волосяные фолликулы кожи уха мыши.
Методическая статья
Представлена простая и новая методика регистрации афферентного разряда за счет механической стимуляции ланцетных окончаний частокола, иннервирующих волосяные фолликулы кожи уха мыши.
Роман рассечение и записи методика описана для мониторинга афферентной стрельбы вызванной механическим перемещением волос в ушной раковины мыши. Этот метод является очень рентабельным и легко осуществляться с материалами, которые обычно можно найти в большинстве лабораторий электрофизиологии, или легко приобрести. Рассечение является простым и быстрым, с механическим перемещением, представленной общей электрокерамических пластины управляемой собственным программным обеспечением. То же самое программное обеспечение также записывает и анализирует выход электронейрография. Запись при вызванном нервной активности через коммерческий дифференциальный усилитель, подключенный к пожарам отполированы стандартных стеклянных микроэлектродов. Полезные советы приведены для улучшения качества препарата, стимуляции и условий записи, чтобы оптимизировать качество записи. Система пригодна для опробования электрофизиологические и оптические свойства ланцетовидными зажимах палисадная окончаний волосяных фолликулов, а такжерезультаты от их фармакологического и / или генетических манипуляций. Пример сочетания электрической записи с механической стимуляции и маркировки с стирильная пиридиния витальным красителем дается.
В ланцетные терминалы сенсорных аксонов, иннервирующих фолликулы волос у млекопитающих образуют частоколы вокруг эпителия волос вала. Их цель состоит в том, чтобы обнаружить механическое перемещение волос они окружают. Они представляют собой смесь быстро и медленно приспосабливаясь окончаний, которые в основном производят короткие всплески активности в ответ на движение волос. Активность прекращается очень быстро, когда движение прекращается, даже при наличии непрерывного перемещения. Здесь мы опишем развитие этой мышиной модели ушной раковины для корреляционных исследований структуры и функции в ланцетными терминалах. Пина имеет много выгодных возможностей для изучения этих окончаний. Во-первых, ушной раковины, по существу, два слоя кожи обратно соединенный к спине, с небольшим количеством другой ткани между ними, чтобы препятствовать доступу к фолликулах и терминалов. Кожа очень тонкая и легко рассекают за счет минимальных количеств жесткой соединительной ткани. Иннервации легко доступен и идентифицировать. В то время как follicl волосэс присутствуют, они сравнительно редко распределены, что способствует стимуляции отдельных или небольших групп фолликулов механическим способом. Тонкий базовый слой кожи дает хороший доступ к нервных окончаний с фармакологическими препаратами и красителями. Это делает их особенно идеально подходит для исследований визуализации с использованием флуоресцентной микроскопии. Формирования изображения может быть либо в живых терминалах, или после фиксации и последующей гистологической обработки.
Реакции механосенсорных нейронов , иннервирующих волосяные фолликулы традиционно изучались в грызуна вибриссами 1,2 и, в меньшей степени, в изолированных препаратах кожи 3,4. Они научили нас много о общих принципах механосенсорных физиологии в нервных окончаний, окружающих стержень волоса. Vibrissal подготовка позволяет изысканный контроль над движением одного волосяного фолликула. Тем не менее, это может быть трудно расшифровать выход из-за его сложности, так как vibrissalфолликулы содержат по меньшей мере 8 различных типов анатомически отчетливым механосенсорных окончание 5 и согласование этих морфологических типов к конкретным электрофизиологических ответов по - прежнему является предметом спора. / Подкожная подготовка нерва кожи мыши чаще всего используется в депилированной состоянии исследовать сенсорные и болевые реакции. Иннервация волосяных фолликулов в таком препарате является менее сложным , но плотность волосяных фолликулов, а также наличие трех различных типов фолликула (сторожевых, шило / auchene и зигзагообразные волоски) в такой непосредственной близости 6, означает изучение конкретных ответы один фолликул или один тип окончание снова бросает вызов. Кроме того, этот препарат включает в себя сложное рассечение. И, наконец, в обоих vibrissal и других кожных препаратах, то трудно представить себе окончаний , участвующих в то время как экс виво препараты все еще живы. Таким образом, требуется ткани секционирования даже в GFP-экспрессирующих мышей линий. AlternatiVely, это требует дальнейшего гистологического / иммунологические обработки, такой как фиксации и / или инкубацией антител для иммунофлуоресценции.
Поэтому мы разработали препарат PINNA и использовали его, чтобы сделать электрические записи с ограниченным населения волосяной фолликул афферентов и показать, что езда на велосипеде мембраны происходит в этих ланцетными окончаний, о чем свидетельствует поглощение стирильная пиридиния красителей. Наконец, мы показали, что краситель не мешает механической чувствительности, что указывает на его не блокирует механотрансдукция каналов. Результаты простых стимуляции и анализа протоколов проиллюстрированы.
Мышь после смерти урожая ткани должны использовать утвержденные этические методы. В Великобритании, рак шейки дислокации является правительство одобрило метод для взрослых мышей (перечисленной метод Списка 1 в Великобритании животных (научные процедуры) Закон, 1986 и Европейской директиве 2010/63 / ЕС). Это законодательство соблюдается на местном уровне в Университете Абердина по защите животных и Этического совета по рассмотрению действия, которые рассматриваются и утверждаются все процедуры, используемые в следующем протоколе.
Примечание: Эти методы были использованы в исследовании , опубликованном в банках и др 7.
1. Подготовка Уши для электрофизиологии
2. Электрофизиологические записи Настройка
3. Запись Стимул-вызванных Потенциалы действия
4. Запись Стимул-вызванных Обжиг В сочетании с N- (3-triethylammoniumpropyl) -4- (4- (дибутиламино) стирилового) пиридини дибромиду этикетирование
Электрофизиологические регистрирующее устройство, с подкожный жировой ткани удалена , чтобы подвергнуть волосяные фолликулы, как показано на рисунке 1А. Часть этого экспонированной области показан с большим увеличением в светлопольному освещенности на фиг.1В. Складывание край ушной раковины вверх и назад на себя в этой области выставляет эпидермальный поверхность. Это позиционирует волосы на краю сгиба , чтобы выступать в горизонтальном направлении , в идеальной ситуации для механической стимуляции с помощью тупого зонда (не показана). На фиг.1С показывает , что после контакта с красителем и снова возвращая запас в разложенном положении, вынужденное фолликулы в этой позиции были помечены стирильная пиридиний красителя. Electroneurograms из препаратов , как правило , показывают текущую активность AP даже при отсутствии наложенного движения стекловолокнистой зонда, в том числе точек доступа самого большого размера (фиг.2А I-III). Активность происходит со скоростью около 10-20 имп / сек (след шипов,), показывая не структуры или признаков тоничности, как автокорреляционная интервалов между периодами стимуляции довольно плоский. В течение 5 Гц, 100 мкм механическое раздражение стержней волос, общий объем производства, как правило, повышается до 20-50 импульсов / сек, или 4-10 на синусоидальной цикла. Построение гистограмм цикла затем показывает сильную унос (так называемая «фаза-замок") ответов (Рисунок 2BI-III)). Это довольно повторяемые, хотя фаза сигнала , при котором ответы запертом зависит от их положения, то есть в какой момент движения вибрационные зонда она контактирует с волос. Простое определение порога (горизонтальная линия пересечения neurogram следы в A (I-III)) был использован для этого анализа. Тем не менее, запись функциональность программного обеспечения часто могут быть использованы в более сложным способом, чтобыразличать особенности размера шипа и формы. Это может затем выделить реакции отдельных афферентных волокон этими характеристиками, чтобы позволить анализ псевдо-одноквартирный записи, которая будет осуществляться.

Рисунок 1:. Электрофизиологические Устройство записи и N- (3-triethylammoniumpropyl) -4- (4- (дибутиламино) стирильная) пиридини дибромиду Маркировку фолликула волос Афферентный ланцетные окончаний (A) Пина препарат создан для электрофизиологического эксперимента , показывая ушную ориентация, расположение нервов, регистрирующих электродов и поврежденная площадь фолликулостимулирующего иннервации после удаления жировой ткани. (B) Несколько волосяные фолликулы видны при ярком освещении поля в зоне очищенной от вышележащих жировой ткани вплоть до дермы. Темно, как правило, двулопастные, формы являются сальные железы. ( C) Увеличенный вид коробочной области в B) показаны два ланцетовидные окончаний меченные с стирилового красителя N- (3-triethylammoniumpropyl) -4- (4- (дибутиламино) стирильная) пиридиний дибромид и после механического отображаемого стимуляции эпифлуоресцентной микроскопии , С 7, с разрешения автора . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: (A) Стимул-вызванной активности записи от мышей Пина. (Ai-III) Примеры, взятые из 3 -х различных экспериментов, активности из непрерывных neurograms из ушных раковин в солевом растворе стандартного Liley в. Каждая запись показывает сечение 5 сек примерно через 5 мин после начала записи, в том числе 3 сек период синусоидального смещения, какторговый центр количество стержней волос. Механическая стимуляция повторялась каждые 30 сек на протяжении непрерывной записи, который обычно длился 1-2 часа. Пользовательские файлы сценариев отмечены отдельные события, которые переступили порог, установленный горизонтальный курсор (шипы), а также начало каждого синусоидальной цикла (периода). (Aiv) Команда сигнал синусоидальной смещения. (В) Анализ Стимул-вызванных подсадки активность. (Bi-III) Цикл гистограмм в 3 ° бункеров построены из образцов neurogram (Ai-III) , соответственно, показывая ответов предполагаемых ланцетными окончаний к механическим раздражением от 5 Гц синусоидальной смещения валов волос стеклянным зондом. Обратите внимание на отмеченные фазовой синхронизации, на разных фазах цикла, в зависимости от их положения относительно начального положения механического датчика. (Biv) Нормированный датчик перемещения синусоиды; фактическая амплитуда составляла приблизительно 1001; м . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Здесь мы разработали сравнительно простую препарат, который может быть быстро рассекают, имеет низкую плотность волосяного фолликула и позволяет относительно селективным механической стимуляции небольшого количества волосяных фолликулов. Он легко доступен для электрофизиологические записи и флуоресцентных изображений живых клеток, в том числе ответы на окрашивают приложение для визуализации механически стимулированных волосяные фолликулы, то есть фолликулы визуализации с определенными электрофизиологических ответов. В то время как мы еще не сделали этого, эта система также кажется, легко поддается подразделяя сенсорную нерва для одной единицы (одного сенсорной аксонов) записи и использованием целевых GFP-выражения для визуализации сенсорной морфологии терминала завершено.
Мы использовали препарат уха кожи для того чтобы исследовать характеристики интернализации и высвобождения флуоресцентного мембраны стириловых pridinium красителей 7, метод , первоначально разработанный для изучения локализованную ВесичМембрана утилизацию ле в синаптических окончаний 8. В синапсах, визуализация также легко сочетается с одновременной электрофизиологические записи ответов в определенных терминалов 8,9. Именно в этих ранних исследованиях , которые мы впервые отметили красители были усвоены механосенсорных окончаний 10. Для сенсорных нейронов в культуре , так и в волосковых клетках улитки, большая часть маркировки с помощью стирильная пиридиния красителей , кажется, вовлекает красители , проходящие через механосенсорных каналы, которые они затем блокируют 11,12. Красители затем маркировать внутриклеточных мембран, и эта маркировка является необратимым. Тем не менее, в клетках волос, которые механически не стимулируется 13,14 и в полностью дифференцированных первичных сенсорных нервных окончаний на месте, таких как Ia окончаний мышечных веретен 15, а в ланцетными окончаний здесь 7, маркировка стирильная краситель , кажется, отражает мембранный эндоцитоз, так как маркировка является обратимым и не блокирует механосенсорных Резponses 7,15,16. Хотя некоторые интернализации красителя канала просачивания в этих окончаний не может быть исключена полностью, как видно из дальнейшего обжига во время инкубации с красителем и обратимости маркировки , что подавляющее большинство маркировки в дифференцированных терминалов на месте является интернализации с пузырьком рециркуляции мембрана. Таким образом, этот простой метод легко использовать для комбинированного электрического и оптического мониторинга диапазона механосенсорных терминальных функций в естественных условиях бывших тканей.
Как и в большинстве практических методов, воспроизводимости потребует повторения и практики. Некоторые из ключевых моментов стоит особое внимание теперь будет описано. На протяжении рассечение и записи сессии, максимально жизнеспособности тканей и выживания за счет обеспечения подготовки постоянно озарен физиологическим раствором полностью насыщенной 95% O 2/5% CO 2. Убедитесь, что волосяные фолликулы не смещаются во время этого процесса, ВГIch будет стимулировать сенсорную окончание стрельбы. Либо использовать непрерывную систему ламинарного потока перфузионного или тщательно пузырьковой газа через ванночку с тонкой трубкой на расстоянии от препарата, или тщательно обновлять каждые 20-30 Solutions мин, поддерживая препарат ниже соляного поверхности во все времена. записи всасывания электроды изготовлены путем модификации острых электродов боросиликатного пипеток, обычно используемых для внутриклеточной регистрации. Во-первых, тщательно прекращаться острые кончики с # 3 щипцами, чтобы дать соответствующий внутренний диаметр, чтобы соответствовать нервы и огневую полировку очень короткой (<1 сек) воздействия пламени горелки Бунзена (см 2.4 и 2.5). Для того, чтобы получить хорошее отношение сигнал-шум при записи, то важно, чтобы электрическое сопротивление (сопротивление) в этих двух электродов и максимальна и равна. Сделайте это, обращая внимание на следующее в двух электродов. Для записи электрода, обеспечивает внутренний диаметр подогнаны под нерва, а максимальная длина пеRVE втягивается в записи электрода. Попробуйте использовать соединительную ткань, окружающую нерв, чтобы эффективно герметизировать кончик электрода. В качестве альтернативы, или в дополнение, рисовать узкий конец подходящего размера, сужающейся части жировой ткани в вдоль нерва. Затем подключаем кончик электрода с применением сильного всасывания в течение ~ 1 мин с 50 мл шприца, прикрепленной к трубке. Для хорошо уплотненной наконечника, применяя сильное всасывание будет просто повысить эффективность пробки и не втягивать больше жидкости или нерва. Во избежание повреждения нерва, однако, убедитесь, что соединительная ткань смягчаются нерва от сжатия на окружающем материале и EAM хряща. Индифферентный электрод должен имитировать сопротивление / импеданс электрода записи настолько близко, насколько это возможно. Этому способствует тщательно Спиртовая кончик к как малые апертуры, как это возможно без фактического герметизации его. Если дальнейшее сопротивление необходимо, а затем вставьте конец индифферентного электрода с ADIPOС.Е. соединительной ткани, как было описано выше для записи электрода.
Электрокерамических дает изысканный контроль над механическим перемещением, как в пространстве и во времени. Тем не менее, заботиться делая электрические соединения - высокие температуры уничтожают их, так что не используйте горячую припой. Используйте металлическую загруженным эпоксидный клей, или использовать специализированную насаживаемая розетку, рекомендованный поставщиком. Это и надежно удерживают и установить электрическое соединение. Прикрепите стекло стимулирующее зонд к электрокерамических со стандартной эпоксидной смолой. Противопожарные польский конец стандартного 10 см х 1,5 мм боросиликатного диаметр стеклянной капиллярной трубки, используемый для изготовления патч или острые электроды для электрофизиологические записи, чтобы свести к минимуму риск повреждения тканей. Если требуется один волос стимуляции фолликул, пожарно-польский кончик, чтобы соответствовать один волос, и поместите зонд с одним волос внутри открытой диафрагме. Это дает изысканный контроль над одной волос. Для стирилового Dyе маркировки, то, как правило, более однородны в тканях от молодых животных. Не совсем понятно, почему, но это, вероятно, отражает меньшую механическую травму и более эффективное удаление глубоких тканей из молодых тканей. Будьте внимательны при удалении пенистый слой напоминающее пенополистирола, залегающего волосяных фолликулов основания. Тем не менее, во избежание слишком энергично, так как это риск удаления нервных сплетений слоя и связанных с ними ланцетовидные терминалы. Если есть мало или нет электрический ответ на движение волосяного фолликула, а также применение стирильная красителя приводит к преимущественному маркировке сальных желез (желтый / белый), с отчетливым автофлюоресценции основания стержня волоса, а не ланцетными окончаний (оранжевый / желтый), чрезмерно восторженный зазор повредил прилежащие ткани. И, наконец, с помощью агента красителя хелаты до обработки изображений значительно повышает контрастность изображения и качество конечных изображений.
Этот метод может быть полезен в ряде дальнейших исследований. Это сотрудничествоULD включают в себя, например, скрининг на механосенсорных канала (ов), ответственного за натяжных вызвали ответы, путем инкубирования препарат с фармакологическими лигандами селективными для кандидатов каналов или скрининга линий мышей с такими каналами генетически удалены. Последнее может быть в сочетании с оценкой флуоресценции каких - либо изменений в терминальной морфологии из - за генетических манипуляций в линиях мыши, например , с помощью Npy2r-связанного выражения 17 GFP. Последним примером может быть изучение роли синаптических типа везикул (КРН) 7 в этих ланцетными терминалов путем изучения влияния модуляторов оборота SLV (Ca, Mg, latrotoxin, лиганды рецептора глутамата) на натяжных вызвали ответы и поглощения стирильная красителя /выпуск. Таким образом, эта новая технология открывает целый ряд потенциально интересных направлений исследований в mechansensory нейробиологии.
Авторам нечего раскрывать.
Работа была частично профинансирована грантом проекта Совета по медицинским исследованиям Великобритании G0601253 для G.S.B. и R.W.B.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| PDMS - Sylgard 184 | Dow Corning | Гибкий, инертный, полупрозрачный твердый силиконовый полимер. | |
| No 3 Щипцы Dumont | Fine Science Tools | 11231-20 | |
| Austerlitz Булавки для насекомых | Fine Science Tools | 26002-10 | Очень тонкие штифты для надежного крепления препарата к апарт-имплантату PDMS с минимальными повреждениями. |
| Дифференциальный предусилитель переменного тока | Дигитимер | Neurolog NL104A | Увеличение размера входящей афферентной электронейрограммы. Дифференциальная запись сводит к минимуму посторонние электрические шумы и дрейф базовой линии. |
| Фильтр верхних/нижних частот | Digitimer | Neurolog NL125 | Преобразование сигнала путем уменьшения посторонних электрических шумов для обеспечения наилучшего соотношения сигнал/шум. |
| Spike Trigger | Digitimer | Neurolog NL201 | Устанавливает порог детектора событий и отображает его на осциллографе. Это показывает эффективность обнаружения потенциала действия. |
| Аудиоусилитель и колонки | Digitimer | Neurolog NL120S | Полезный аудиомониторинг на наличие электрического возбуждения сенсорных окончаний при регулировке механической стимуляции препарата под микроскопом |
| Осциллограф | Digitimer | PM3380A | Мы используем эту старую модель, но любого стандартного осциллографа будет достаточно. |
| Пьезокерамика вафля | Morgan Electroceramics, Саутгемптон, Великобритания | PZT507 | Электрофизиология/компьютерный интерфейс |
| Пьезоэлектрокерамический источник питания Домашний | выход 0-200 В постоянного тока для управления смещением керамической пластины, с переменным электронным управлением выходом с помощью программного обеспечения для записи/стимуляции и компьютерного интерфейса. Мы используем программное обеспечение Spike2 и компьютерный интерфейс 1401micro. | ||
| Программное обеспечение для электрофизиологии | Cambridge Electronic Design (CED) | Spike2 v7 | Программное обеспечение для записи, стимуляции и анализа данных по электрофизиологии |
| Лабораторный интерфейс | Cambridge Electronic Design (CED) | 1401 Микроинтерфейс | электрофизиологии между усилителем/фильтрами и компьютером. Он вводит данные электронейрограммы, а также приводит в действие электрокерамический механизм. |
| FM1-43/Synaptogreen C4 | Biotium/Cambridge Bioscience | BT70020 | Флуоресцентный мембранный зонд, который обратимо разделяется на внешние листки клеточных мембран. Используется преимущественно для мониторинга эндо-/экзоцитоза везикулярной мембраны. |
| Advasep 7 | Biotium/Cambridge Bioscience | BT70029 | Сульфированное производное b-циклодекстрина, которое хелатирует FM1-43 (и другие красители на основе стирилпиридиния) из открытых мембран, оставляя интернализованный краситель более заметным за счет снижения фоновой маркировки/флуоресценции. |
| Retiga Exi Fast 1394 | Qimaging | Монохромная, охлаждаемая ПЗС-камера - базовая модель | |
| Volocity 3D Image Analysis Software | Perkin Elmer | Volocity 6.3 | Программа для захвата и анализа изображений. |