Yöntem makalesi

Beyin dilimlerindeki nöronları incelemek için otomatik görüntü kılavuzlu yama kelepçesi tekniği

8 Temmuz 2025

Bu makalede

Özet

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kaynak: Wu, Q., et al. Beyin dilimlerindeki nöronların incelenmesi için otomatik görüntü kılavuzlu yama kelepçesinin uygulanması. J. Vis. Uzm. (2017).

Bu videoda, beyin dilimleri bir kayıt odasında hareketsiz hale getiriliyor ve ilgilenilen hücreler konumlandırılıyor ve bilgisayar kontrollü bir mikroskop kullanılarak odaklanılıyor. Otomatik görüntü işleme sistemi daha sonra hücre zarını kapatmak ve elektrik sinyallerini izlemek için bir yama pipetini hassas bir şekilde konumlandırır.

Protokol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hayvan örneklerini içeren tüm prosedürler, uygun hayvan etik inceleme komitesi tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmıştır.

1. Sistem Kurulumu

  1. Basınç kontrol ünitesini oluşturun.
    1. Basınç kontrol ünitesini devre haritasına göre monte edin (Şekil 1). Elektrik devresi şemalarına göre üretilmiş Baskılı Devre Kartına (PCB) gerekli parçaları lehimleyin (Şekil 1b). Standart dirençler, LED'ler (Işık yayan diyotlar), Metal Oksit Yarı İletken alan etkili transistörler (MOSFET'ler), kapasitörler ve konektörler kullanın. Solenoid valfleri PCB'ye lehimleyin (Baskılı devre kartı). Hava pompasını ve hava basıncı sensörünü bir elektrik kablosuyla PCB'ye bağlayın.
      NOT: Gerekli tüm parçalar temin edildikten sonra, basınç kontrol ünitesi yaklaşık 2 saat içinde inşa edilmelidir.
  2. İkincil veri toplama (DAQ) kartını bağlayın.
    1. Baskılı devre kartından gelen veri çıkışlarını Tablo 1.
      aşağıdaki şekilde DAQ kartına bağlayın not: DAQ kartı "Tek uçlu modda" çalışacaktır. Bağlantı noktası haritası kullanım kılavuzundadır (Malzeme Tablosuna bakın).
    2. "AIn Pr S"yi analog giriş (AI) kanallarından birine ve "R-Gr"yi ikincil DAQ kartındaki analog topraklamalardan birine bağlayın.
    3. Amplifikatörden gelen birincil çıkışı AI kanallarından birine ve toprağı ikincil DAQ kartının analog toprağına bağlayın.
      NOT: Amplifikatörden birincil çıkışı bağlamak için standart bir BNC kablosu kullanılabilir.
    4. Diğer ucunu soyun ve pozitif sinyali (yani bakır çekirdek) AI kanalına ve toprağı (yani çekirdeğin etrafındaki ince tel) analog toprağa bağlayın. Birden fazla yama kanalı kullanılıyorsa ikinci bir kanal için bu adımı tekrarlayın.
      NOT: DAQ kartına giden analog giriş sonraki adımlarda yapılandırılacaktır.
    5. Gücü ikincil DAQ kartının güç çıkışına bağlayın. Pompa için ayrı bir 12 V güç kaynağı kullanın.
  3. Boruyu bağlayın.
    1. Hava pompasını ve iki valfi bağlayın.
    2. Son adımda, yumuşak boruyu valf 2 üst portundan basınç sensörüne ve pipet tutucuya bağlamak için 3 bir konektör kullanın.
    3. İki pipet kullanılıyorsa, pipet tutucuya bağlı boruya başka bir 3 konektör ekleyin. Yama yaparken, valfler ve kullanılan pipetler arasında manuel olarak geçiş yapın.
  4. Autopatcher IG.
    yükleyin NOT: Sistem gereksinimi: Autopatcher IG yalnızca Windows 7 çalıştıran bir bilgisayarda test edilmiştir. Diğer işletim sistemleri için doğrulanmamıştır. Açıklanan prosedür, özellikle Malzeme Tablosunda listelenen donanım için geçerlidir.
    1. Autopatcher-IG'yi GitHub'dan (https://github.com/chubykin/AutoPatcher_IG) indirin.
    2. Python'u yükleyin (sürüm ve indirme adresi için Malzeme Tablosuna bakın).
    3. Komut satırına "pip uninstall PyQt4" yazarak PyQt4 kitaplığını kaldırın terminal.
      not: Sistem, Qwt ve Opencv kitaplıklarıyla uyumluluk sağlamak için PyQt4 kitaplığının eski bir sürümünü kullanır.
    4. Python kitaplıklarını geçmiş tekerlek dosyalarından (http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/) yükleyin. Şu dosyaları bulun: Numpy (pymc-2.3.6-cp27-cp27m-win32.whl), Opencv (opencv_python-2.4.13.2-cp27-cp27m-win32.whl), Pyqt (PyQt4-4.11.4-cp27-none-win32.whl) ve Qwt (PyQwt-5.2.1-cp27-none-win32.whl).
      1. Tekerlek dosyalarını yüklemek için, dosyaların kaydedildiği dizine gidin ve "pip install ***wheelfilename***.whl" yazın. "***wheelfilename***" yerine dosyanın gerçek adını yazın.
        NOT: Tekerlek dosya adındaki "cp27" Python 2.7'yi, "win32" ise Windows 32-bit'i belirtir. "Win32" çalışmıyorsa, "win64" deneyin.
    5. CCD (şarj bağlantılı cihaz) kamerayı kontrol etmek için 64 bit (https://www.qimaging.com/support/software/) yükleyiciyi indirin ve yükleyin. Ardından Python'da kamerayı kontrol etmek için 64 bit (https://micro-manager.org/wiki/Download_Micro-Manager_Latest_Release) için MicroManager'ı indirin.
    6. Manipülatörleri ve mikroskop aşamasını kontrol etmek için üretici tarafından sağlanan kontrol yazılımını yükleyin.
      not: Bunu yaparak, manipülatörleri kontrol etmek için gerekli sürücü de kurulur. Yükleme paketi genellikle bir CD-ROM'da sağlanır.
    7. İkincil DAQ kartını kontrol etmek için, DAQ kartının satın alınmasıyla birlikte verilen CD-ROM'dan Evrensel Kitaplığı yükleyin.
  5. Autopatcher IG için donanımı yapılandırın.
    1. Mikroskop tablası ve manipülatör kontrolörlerini USB bağlantı noktaları aracılığıyla bilgisayara bağlayın.
    2. COM bağlantı noktası numaralarını ünite 0: mikroskop aşamasına, ünite 1: sol manipülatöre ve ünite 2: sağ manipülatöre bu sırayla "yapılandırma" klasöründeki "ports.csv" konfigürasyon dosyasına atayın. ports.csv dosyasındaki diğer parametreleri (yani "SCI" ve "1") değiştirmeden bırakın.
      not: COM bağlantı noktası numarası bilgileri, üretici tarafından sağlanan manipülatör yapılandırma yazılımı çalıştırılarak bulunabilir. "Ayarlar" sekmesine gidin, "ayarlar" ve "Hareket" sayfasını seçin ve üst kısımdaki her sekmenin etiketlerini okuyun. Alternatif olarak, bu bilgiler PC Aygıt Yöneticisi'nde bulunabilir.
    3. Bir basınç sensörü ve yama kanalı 1 ve 2 (ünite 1 ve 2'ye karşılık gelir) için DAQ kartına analog giriş kanal numaraları atayın. "Yapılandırma" klasöründeki "DAQchannels.csv" dosyasına kanal numarasını girin.
      not: Değişiklikleri kaydederken bilgileri değiştirebileceğinden, .csv dosyalarının elektronik tablo yerine Not Defteri uygulamasıyla açılması önerilir.
  6. Autopatcher IG'yi çalıştırın.
    1. Amplifikatörü, mikroskop denetleyicisini ve manipülatör denetleyicisini açın. Amplifikatör yazılımının çalıştığından emin olun.
    2. Autopatcher IG'yi Python ile bir komut satırı terminalinden aşağıdaki gibi çalıştırın: önce Autopatcher IG'nin kurulu olduğu dizini (en yaygın terminaller için "cd" komutu) değiştirin, komut satırı terminaline "python Autopatcher_IG.pyw" yazın ve "Enter" tuşuna basın.
      NOT: Autopatcher IG'yi çalıştırmadan önce manipülatör kontrol yazılımını çalıştırmayın çünkü mikroskop aşamasını ve manipülatörü işgal ederek Autopatcher IG'nin donanımı bulamamasına neden olur. Manipülatör kontrol yazılımı, kontrol edilecek ek modüller varsa (örn. hat içi ısıtıcı) Autopatcher IG tamamen başlatıldıktan sonra çalıştırılabilir.
  7. Birincil pipeti kalibre edin.
    1. Yama pipetlerini çekin. Çekilmiş bir cam pipeti dahili bir solüsyonla doldurun ve kafa aşamasına yükleyin.
      NOT: Boş cam pipetler mikroskop altında farklı kontrastlara sahiptir ve yanlış kalibrasyona neden olabilir.
    2. Pipet ucunu mikroskobun görüş alanına getirin ve odak noktasına getirin. Manipülatörleri ve/veya mikroskop aşamasını hareket ettirmek için tuş takımı kullanılıyorsa, klavyede "z" tuşuna basarak koordinatları güncelleyin.
      not: Koordinatlar gerçek zamanlı olarak güncelleneceği için hareketi kontrol etmek için klavye (mikroskop aşaması: A/D - x ekseni, W/S - y ekseni, R/F - z ekseni; manipülatörler: H/K - x ekseni, U/J - y ekseni, O/L - z ekseni, 1/2 - birim numarası) kullanılıyorsa bu işlem gerekli değildir.
    3. Pipetin yüklendiği ilgili ünite için ana Grafik Kullanıcı Arayüzündeki (GUI) "Kalibrasyonu başlat" düğmesine tıklayın (Şekil 2).
      not: Kalibrasyon bittiğinde bir açılır pencere görünecektir.
      NOT: Kalibrasyon otomatik olarak gerçekleştirilecek ve bu işlem yaklaşık 3,5 dakika sürecektir. Aynı düğmeye tıklamak (kalibrasyonu başlattıktan sonra şimdi "kalibrasyonu iptal et" olarak değiştirilmiştir) kalibrasyon girişimini iptal edecektir.
    4. Ana GUI'nin altındaki "kalibrasyonu kaydet"e tıklayarak kalibrasyonu kaydedin (her iki manipülatör için mevcut kalibrasyonu kaydeder ve gelecekte yüklenebilir).
      NOT: İkincil kalibrasyonun düzgün çalışması için düşük (4 veya 10X) ve yüksek (40X) büyütme altındaki görüş alanının hizalanması gerekir. Hizalama prosedürleri için lütfen kullanılan optik sistemin kullanım kılavuzuna bakın.
       

2. Otomatik Yama Kelepçesi Prosedürü

  1. Akut beyin dilimleri hazırlayın
  2. Yama kelepçesi için cam pipetler hazırlayın.
  3. Kayıt odasının ortasına bir beyin dilimi yerleştirin. Dilimi bir dilim basılı tutma veya "arp" ile sabitleyin.
  4. Floresan hücreyi tespit edin.
    1. 4X lensin altında ilgi alanınızı bulun. Tıkla ve taşı ("CTM") modunu açarak ve ilgilenilen alanın merkezini tıklatarak mikroskop aşamasını hareket ettirin. Alternatif olarak, mikroskop tablasını hareket ettirmek için tuş takımını kullanın (A/D - x ekseni, W/S - y ekseni, R/F - z ekseni).
    2. Yüksek büyütmeli lense geçin ve tuş takımındaki R/F'yi kullanarak mikroskobu z ekseninde hareket ettirerek odağı ayarlayın.
      NOT: Su banyosu seviyesinin, düşük ve yüksek büyütmeli lenslerin altındaki odak düzlemi z ekseninde aynı veya benzer olacak şekilde ayarlanması önerilir.
    3. Ana GUI sütunu olan "Ünite 0"daki "Hücreyi Algıla" düğmesine tıklayın. Kurulumun LED'i veya lazer ışık kaynağı TTL sinyali tarafından kontrol edilemiyorsa, LED'i/lazeri manuel olarak açın; hücre algılama bittiğinde bir açılır pencere görünecektir.
      1. Gerekirse LED'i/lazeri kapatın; "Bellek konumları" GUI'sinde hücre koordinatlarının bir listesi görünecektir. Koordinatların yanındaki "X" düğmesini tıklayarak istenmeyen hücreleri listeden kaldırın.
      2. Alternatif olarak, hedef hücreler floresan olarak etiketlenmemişse, ana GUI'de "Fare modu"na tıklayın. İlgilendiğiniz hücreye tıklayın; Hücrede bir sayı içeren sarı bir nokta görünecek ve hücrenin koordinatları "Bellek konumları" GUI'sinde görünecektir.
  5. İkincil pipeti kalibre edin.
    1. Bir cam pipetin 1 / 3'ünü iç solüsyonla doldurun. Pipeti, baş aşamasına takılı pipet tutucusuna yükleyin.
    2. Düşük büyütme oranına sahip lensi kullanın. Pipeti görüş alanına getirin ve tuş takımını kullanarak odağı ayarlayın (Y/K - x ekseni, U/J - y ekseni, O/L - z ekseni). Ünite 1 ve ünite 2 arasında geçiş yapmak için "1" ve "2"yi kullanın.
    3. "Yük kalibrasyonu"na tıklayarak birincil kalibrasyonu yükleyin. Kullanımda olan ünitenin altındaki ana GUI'deki "İkincil kalibrasyon" düğmesine tıklayın. Örneğin, ünite 2 kullanımdaysa, "Ünite 2" sütunundaki "İkincil kalibrasyon" düğmesine tıklayın. Yüksek büyütme oranına sahip lense geçmek için açılır pencere talimatlarını izleyin.
  6. Bir hedef hücreye yama yapın.
    1. "MultiClamp" (yani amplifikatör) yazılımının çalıştığından emin olun. "Yama kontrolü" GUI'sini açmak için "Yama kontrolü" düğmesine tıklayın; Bu GUI'yi açmak birkaç dakika kadar sürebilir.
    2. Ana GUI "Birim 40" sütunundaki "40X" seçeneğini işaretleyerek 0X büyütme lensini kullanın. "Bellek konumu" GUI'sindeki koordinat listesindeki ilgili hücrenin yanındaki "git" düğmesini tıklayın; Mikroskop hücreye hareket edecektir.
    3. Bir fare tıklamasının ardından hareketi etkinleştirmek için ana GUI'de kullanılan ünitenin CTM düğmesine tıklayın. İlgilendiğiniz hücreye tıklayın; Pipet ucu hücreye doğru hareket edecektir.
    4. "Yama kontrolü" GUI.
      üzerindeki "Yama" düğmesine tıklayın not: Otomatik yama işlemi başlar ve basınç ve direnç "Yama kontrolü" GUI'sinde izlenebilir.
      1. Giriş sinyalini iki ünite arasında değiştirmek için "Ünite 1 seçildi" düğmesini kullanın.
        NOT: Sistem hedef hücreye yaklaşacak, negatif basınç uygulayacak, hücre zarı potansiyelini eşleştirecek ve bir dizi basınç ve direnç eşiği ve mantığına dayalı olarak gigaseal oluşumunu tespit edecektir.
      2. "Yama kontrolü" GUI'sindeki ilgili düğmelere tıklayarak otomatik işlemi herhangi bir noktada manipüle edin. Örneğin, yama denemesini iptal etmek için tekrar "Yama" düğmesine tıklayın ve eşikten bağımsız olarak yama sürecini bir sonraki adıma ilerletmek için "Sonraki aşama"ya tıklayın.
        NOT: Bir açılır pencere, bir gigaseal oluştuğunda kullanıcıyı bilgilendirecek ve büyük negatif basınçla birlikte zap uygulama seçeneği sunulacaktır.
    5. Kombine zap ve emme ile içeri girmek için "Evet"i seçin. Alternatif olarak, yalnızca emme ile içeri girmek için "Hayır"ı seçin.
      NOT: Başarılı bir tam hücre yaması tamamlandığında, kullanıcıya deney yama günlüğünü kaydetmesi için bir açılır pencere açılacaktır.
    6. Deneme yama günlüğünü kaydedin.
      NOT: Bir yama denemesi başarısız olursa, bir açılır pencere kullanıcıyı bilgilendirir ve yama işlemi sıfırlanır.
    7. Adım 2.4'e geri dönün ve adımları farklı bir hücreyle tekrarlayın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tablo 1. Baskılı Devre Kartı (PCB) - ikincil veri toplama (DAQ) kartı bağlantı yapılandırması. PCB çıkışlarını (soldan ilk sütun) DAQ kartındaki bağlantı noktalarına (soldan ikinci sütun) bağlamak için bu tabloyu kullanın. İkincil DAQ'daki bağlantı noktası adı ve numarası, tek uçlu moda atıfta bulunur.

PCB üzerindeki çıkışDAQ kartındaki bağlantı no...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Herhangi bir çıkar çatışması beyan edilmedi.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
CCD KameraHayal EtmeRolera Cıvata
Elektrofizyoloji teçhizatıBilimsel ADilim Kapsamı Pro 2000Mikroskop ve manipülatörleri dahil edin. Bu el yazmasında gösterilen üretici tarafından sağlanan manipülatör kontrol yazılımı "Linlab2"dir.
yükselteçMoleküler CihazlarÇoklu Kelepçe 700BBilgisayar kontrollü mikroelektrot amplifikatörü
SayısallaştırıcıMoleküler CihazlarAkson Dijital Veri 1550
LED ışık kaynağıSoğuk LEDpE-100488nm dalga boyu
Veri toplama kartıÖlçüm HesaplamaUSB1208-FSİkincil DAQ.
Şu adresteki kılavuza bakın: http://www.mccdaq.com/pdfs/manuals/USB-1208FS.pdf
Solenoid valflerLee Co.LHDA0531115H
PompaSanal endüstriVMP1625MX-12-90-CH
Hava basıncı sensörüSerbest ölçekli yarı iletkenMPXV7025G
Dilim basılı tutmaWarner enstrümanları64-1415 (SHD-40/2)Dilim Ankraj Kiti, RC-40 Haznesi için Düz, 2,0 mm, 19,7 mm
pitonanakondaSürüm 2.7 (Windows için 32 bit)https://www.continuum.io/downloads
Vidalı Terminaller (2 Pimli)Kıvılcım EğlencesiİİT - 08084Vidalı terminaller 3,5 mm aralık (2 pimli)
N-Kanal MOSFET 60V 30AKıvılcım EğlencesiCOM - 10213
DIP Soketleri Lehim Kuyruğu - 8 PimliKıvılcım EğlencesiPRT-07937
LED - Temel Kırmızı 5mmKıvılcım EğlencesiCOM-09590
LED - Temel Yeşil 5mmKıvılcım EğlencesiCOM-09592
DC Namlu Güç Jakı/Konektörü (SMD)Kıvılcım EğlencesiPRT-12748
Duvar Adaptörü Güç Kaynağı - 12VDC 600mAKıvılcım EğlencesiTOL-09442
Bağlantı Teli - Ürün Çeşitliliği (Katı Çekirdek, 22 AWG)Kıvılcım EğlencesiPRT-11367
Kilitleme Erkek x Dişi X Dişi MuslukARK-PLASRCX10-GP0
Fisherbrand Tygon S3 E-3603 Esnek BorularBalıkçı bilimsel14-171-129Dış çap: 1/8 inç
İç Çap: 1/16 inç.
BNC erkek - BNC erkek koaksiyel kabloBelkin BileşenleriF3K101-06-E
560 Ohm Direnç (%5 tolerans)Radyo kulübesi2711116
PicospritzerGenel VanaPicospritzer II
Serisi Serisi Serisi Serisi Serisi

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Otomatik Yama Kanal KaydG r nt Rehberli MikroskopiBeyin Dilimi Haz rlamaFloresan H cre TespitiYama Pipeti Konumland rmaGigaseal Olu umuT m H cre Yama Konfig rasyonuBilgisayarl G r lemeDiren zlemeBas n Kontrol Algoritmas

İlgili makaleler