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Biology

Modelado de membranas biológicas con placas de circuitos y medición de señales eléctricas en los axones: Ejercicios de laboratorio para estudiantes

Published: January 18, 2011 doi: 10.3791/2325
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Department of Biology, University of Kentucky, 2Department of Physiology, University of Toronto

Summary

Esta es una demostración de cómo las membranas biológicas se puede entender el uso de modelos eléctricos. También demuestran los procedimientos para el registro de potenciales de acción desde el cordón nervioso ventral de los cangrejos de río para los laboratorios de los estudiantes orientados.

Abstract

Esta es una demostración de cómo los modelos eléctricos pueden ser utilizados para caracterizar las membranas biológicas. Este ejercicio también se presenta la terminología utilizada en biofísica de electrofisiología. El mismo equipo que se utiliza en el modelo de membrana como en la preparación en vivo. Algunas propiedades de un cable aislado al nervio son investigados: los potenciales de acción del nervio, el reclutamiento de las neuronas, y la respuesta del cordón nervioso a los factores ambientales.

Discussion

Nuestro objetivo en la presentación de vídeo en línea, y este documento es demostrar que las propiedades biofísicas de las células puede, en parte, ser modelado como los circuitos eléctricos. Además, con tejido vivo neural que es relativamente fácil de obtener, los principios fundamentales de la velocidad de conducción, los períodos refractarios y técnicas electrofisiológicas de registro son posibles para los laboratorios de los estudiantes de pregrado con una modesta inversión de los equipos. Los temas y paradigmas fundamentales presentados pueden modificarse fácilmente para las necesidades de los diferentes cursos.

Mantenimiento de cangrejos de río y su abundancia hace que los modelos de atractivo para los estudiantes impulsada por la experimentación. Cables de crustáceos ventral del nervio son generalmente robustos y mantener la integridad fisiológica en una solución salina mínima de horas, lo que es adecuado para un laboratorio de los estudiantes de 3 horas.

Teniendo en cuenta que algunos de los axones grandes en el VNC de los cangrejos de río están conectados a través de uniones, la experimentación adicional sobre su contribución puede llevar a cabo, y las diferentes propiedades que se encuentran en la preparación del nervio ciático de rana estándar se puede demostrar. El nervio ciático es un modelo clásico para abordar los potenciales de acción compuestos y propiedades de conducción. Incluso podría ser un experimento interesante comparativa de los estudiantes para comparar las propiedades de conducción, la contratación del axón, y los períodos refractarios entre estas dos preparaciones.

Disclosures

No hay conflictos de interés declarado.

Acknowledgments

Estos experimentos se han modificado a partir de un manual de laboratorio que se ha utilizado en un curso, organizado por el Dr. HL Atwood, en el Departamento de Zoología de la Universidad de Toronto. Los ejercicios también fueron utilizados y modificados a partir de un manual que se produjo para "6 ª TALLER INTENSIVO DE IBRO neurociencia básica" y se celebró en la Universidad de Corea, Seúl, Corea del Sur en 1993 (Cooper et al., 1993). Las modificaciones actuales están obligados a utilizar equipos comunes para presentar los laboratorios de día dirigidos a los estudiantes en varias universidades. Con el apoyo de la Universidad de Kentucky, Departamento de Biología de la Oficina de Estudios de Grado y la Facultad de Artes y Ciencias.

Materials

Circuit board
  1. Electronics listed below for the breadboard experiments can be obtained at an local electronics store such as Radio Shack.
  2. Bread board, resistors, capacitors, batteries and wires that can serve as junctions for the breadboard as outlined in the experiments.
  3. A common voltmeter (Wavetek Meterman voltmeter)
  4. A/D board for on line recording to a computer. Electrical signals are recorded on line to a PowerLab/4s interface (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA). We use standard software from ADInstruments named Chart or Scope.

Physiology experiments
  1. Crayfish (Procambarus clarkii). Atchafalaya Biological Supply Co., Raceland, LA., USA.
  2. Standard crayfish saline: Modified from Van Harreveld's solution (1936). (in mM) 205 NaCl; 5.3 KCl; 13.5 CaCl22H2O; 2.45 MgCl26H2O; 5 HEPES and adjusted to pH 7.4. All saline chemicals were obtained from Sigma chemical company (St. Louis, MO).
  3. Dissection tools: Fine #5 tweezers, fine scissors, knife blade holder, #26002-20 insect pins (all obtained from Fine Science Tools (USA), Inc., 373-G Vintage Park Drive, Foster City, CA 94404-1139)
  4. A nerve chamber dish (ADInstruments, Colorado Springs, CO, USA) to hold the nerve. The wires that come with the nerve chamber dish can be used to stimulate the nerve.
  5. A suction electrode is used to record the signals.
  6. The manipulator or a clamp on a ring stand will also serve as a holder for the suction electrode.
  7. Faraday Cage
  8. Dissecting Microscope
  9. High Intensity Illuminator (light source)
  10. Microscope Platform
  11. AC/DC Differential Amplifier (A-M Systems Inc. Model 3000)
  12. PowerLab 26T (AD Instruments)
  13. Extracellular amplifier (AD Instruments)
  14. LabChart 7 (ADI Instruments)
  15. Dissecting tools
  16. A ring stand and clamp to serve as a holder for the recording suction electrode

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References

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Robinson, M. M., Martin, J. M.,… More

Robinson, M. M., Martin, J. M., Atwood, H. L., Cooper, R. L. Modeling Biological Membranes with Circuit Boards and Measuring Electrical Signals in Axons: Student Laboratory Exercises. J. Vis. Exp. (47), e2325, doi:10.3791/2325 (2011).

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