全细胞膜片钳红外神经刺激机制的调查

Neuroscience

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Summary

红外神经刺激已经提出作为一种替代电刺激神经类型,包括那些与听觉系统的范围内。本协议描述了膜片钳技术,在初级听觉神经元的文化学习机制的红外神经刺激。

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Brown, W. G. A., Needham, K., Nayagam, B. A., Stoddart, P. R. Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation. J. Vis. Exp. (77), e50444, doi:10.3791/50444 (2013).

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Abstract

近年来已被证明在脉冲红外激光可用于诱发电反应在神经组织​​中,独立于目标组织的任何进一步的修改。红外神经刺激已报道在体内的各种外设和感觉神经组织中,特别令人感兴趣的听觉神经的神经元的刺激中所示。但是,而INS已被证明在这些设置,由红外光引起的神经兴奋的机制(或机制)目前没有得到很好的理解。这里介绍的协议描述了全细胞膜片钳的方法设计,以方便调查红外培养初级听觉神经元的神经刺激。彻底红外激光照射在受控条件下在体外 ,这些细胞的特征的响应,它可能是未能获得的基本物理之后更好地理解l和相关的生化过程红外神经刺激。

Introduction

神经生理学和医学仿生学领域倚重允许可控刺激的电反应神经组织的技术的。虽然电刺激神经 ​​兴奋的金标准,它受到来自一些缺点,如刺激工件的存在下录音时的神经反应,和缺乏刺激特异性的电流的扩散到周围组织1。

过去二十年的发展已经看到光学介导的刺激技巧2。这些技术中需要几个靶组织的变形,可通过另外一个特定的分子( 笼分子)3或某种形式的遗传操作( 例如,光遗传学)4,这两者都不容易申请以外的研究设置。因此特别令人感兴趣的是红外神经刺激(INS),whereb的Ÿ神经组织兴奋红外激光脉冲。 INS有可能克服许多电刺激的缺点,通过使具有高度特异性,非接触刺激神经 ​​组织2。然而,虽然INS已成功地展示了在体内的各种设置,激励的准确机理仍然不明朗。

最近的一些出版物揭露背后的机制INS 5-7所示的进展。由于吸收的激光水快速加热,似乎发挥了关键作用。然而,除了尚未达成共识。 Shapiro 等人 7提出了一种高度的通用性的机制,从而快速加热导致的扰动,在细胞膜上相邻的带电粒子的分布,导致细胞膜和随后的去极化的电容的变化。此外,阿尔伯特 5断言LASER明显加热温度敏感离子通道(瞬时受体电位香草频道)激活一个特定的类,允许离子通过细胞膜。在这个阶段,目前还不清楚如何将这些机制相结合,或什至是否有进一步的因素,这些因素尚未确定。

调查虽然数量不多的出版物(5,7-9引用)INS 体外发表在这一领域的工作,绝大多数已进行了体内引用1,6,10-18)。红外刺激听觉神经元已经特别感兴趣的区域,由于人工耳蜗植入10,14-18中的潜在应用。 在体内实验中是很重要的验证技术在各种设置中, 在体外研究所提供的控制水平增加,预计将导致一个更详细的了解机甲的有效性负责INS anism。这份报告介绍了编制的螺旋神经节神经元膜片钳调查,因为这些可以用来研究的基本机制,同时也连接到现有的数据从听觉系统的庞大的身躯。

膜片钳技术电现象的调查是一个很好的工具,它提供了一种在单细胞记录电活动和研究的贡献,个人的基本电流19。 在体外制备,如螺旋神经节神经元的初级神经元,当这项技术被应用到一个稳定的,它提供了学习的机会,在深度神经活动的机制,控制和操纵。

在这项工作中轮廓的方法调查激光刺激螺旋神经节神经元对电性能的影响,通过膜片钳指定的协议录音。该方法是基于在光纤耦合激光,而不是一个自由空间激光,允许更安全的操作,以及更容易,更可重复的对齐,而不需要修改标准的显微镜配置。这些协议的基础上,它应该是可能的,为了更清楚地确定的机制或机制背后INS进行了广泛的实验。

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Protocol

1。螺旋神经节神经元的文化

  1. 消毒小轮( 10毫米直径)盖玻片,在高压釜中弯钳。无菌盖玻片转移到无菌的4 - 环35毫米陪替氏培养皿或4 - 孔板的各井,用无菌镊子。应用150μl的聚-L-鸟氨酸(500微克/毫升),小鼠层粘连蛋白(0.01毫克/毫升)在盖玻片和地点的培养箱中(37℃)的顶表面48小时。确保盖玻片不浮离井底。
  2. 准备50毫升无菌的Neurobasal培养基(NBM)的每个神经培养:47.5毫升的neurobasal甲,0.5毫升N 2补充B27的补充,将1ml,0.5毫升L-谷氨酰胺,0.5 ml青霉素-链霉素。注:在-20°C补充剂可冻结,储存,并添加到媒体所需的日子。
  3. 游离产后4-7天幼鼠如前所述20,21螺旋神经节神经元,我们ING两个酶(0.025%胰蛋白酶和DNA酶I 0.001%)和机械技术。请参阅 Whitlon 22和维埃拉等人 23 螺旋神经节神经元培养,帕克等人24的详细过程,示范蜗轴隔离。
  4. 吸剩余poly-L-ornithine/laminin的解决方案,从盖玻片和洗简要NBM。
  5. 加入150-200微升分离的螺旋神经节细胞悬液盖玻片,并放入培养箱(37℃,10%CO 2)。注:盖玻片可以准备多达20平均产仔8幼鼠。
  6. 电镀神经元四小时后,吸出的解决方案,去除细胞碎片,并更换与150-200微升温暖的新鲜NBM。注:媒体可能需要每天补充,以避免脱水。
  7. 返回盖玻片的孵化器,直到所需的电生理记录。注:游离螺旋神经节细胞培养可用于电生理实验,4个小时后,分离和其后两天。 在体外的时间应加以考虑,在分析过程中的结果。补充NBM每24-48小时。

2。膜片钳记录的准备

  1. 准备解决方案
    1. 细胞内(微量)解决方案:115毫米K-葡萄糖酸,氯化钾7毫米,10毫米HEPES,EGTA 0.05毫米,2毫米的Na 2 ATP MgATP,2毫米,0.5毫米的Na 2 GTP(KOH调节pH至7.3,调整至295 mOsmol /公斤蔗糖)。通过该溶液通过无菌过滤器(0.2微米),并分成200微升的等份储存在-20℃下,直到有一天记录。
    2. 外(浴):137毫米氯化钠,氯化钾5毫米,2毫米氯化钙2,1毫米氯化镁2,10毫米HEPES,10mM葡萄糖(用NaOH调节pH值至7.4,调整为300-310毫渗透摩尔/千克蔗糖) 。该解决方案是由天记录。
  2. 准备记录微量2-6MΩ的电阻。我们使用的CO 2激光器拉出器(P-2000;萨特仪器)和硼硅酸盐玻璃(1.0毫米外径,0.58毫米内径75毫米的长度)。
  3. 准备的激光。该协议的目的是用于与光纤耦合激光1,870 nm的红外神经刺激,如光磊P / L在我们的实验中用于光传输的光纤是一个200/220微米的纤芯/包层直径的石英光纤的数值孔径为0.22,和FC-PC连接器两端(AFW技术MM1-FC2-200/220-5-C -0.22)。跳线被削减了一半,产生两个光纤尾纤( 连接器的一端,并在其他裂解)。光纤的纤芯直径和数值孔径激光引起的温度变化的影响,已详细讨论了由Thompson 等人25
    1. 用标准技术的光传输光纤的前端劈斩并确保所得的小费是高质量的观察用光学显微镜( 尖端应垂直于纤维轴的目视检查时显示为平面)。光传输光纤连接的光纤耦合输出的刺激激光通过接口( 例如 Thorlabs公司ADAFC2)使用适当的。
    2. 测量裂尖使用适当的工具( 例如,的相干FieldMate与LM-3探测器头)的光传输光纤输出的激光功率。建议检查激光功率,光传输光纤切割或作出重大调整的激光( 运输从一个实验室到另一个)每次。
    3. 将光传输光纤,光纤夹头或同等器件以及吸盘贴上适当的微定位。重要的是能够精确地确定角度θ,使光纤与盖玻片。此ANGLe可以被测量的实验安排拍摄照片,使用图像处理软件( 例如 ImageJ的)取得角度。主要受制于空间相对有限的实验安排的 - 特别是在显微镜的角度θ(或可能的角度范围)。在我们的实验中(基于直立显微镜)的典型值θ是36°左右,但在最佳角度可能显着不同的替代的设置( 例如,那些使用倒置显微镜)。
    4. 之间的激光和膜片钳数据采集系统( 例如 Digidata 1440A,Molecular Devices公司),如在图2中所示进行连接。膜片钳数据采集系统的数字输出应连接到激光通过一个外部的函数发生器,使得可以指定独立的数据采集系统的激光脉冲参数。或者该输出可以直接连接到激光驱动器(需要由数据采集软件设置的脉冲宽度和重复率)。在这两种情况下,所使用的信号来触发激光应该连接到数据采集系统的一个输入端,以确保激光脉冲的时序和长度的可记录,可同时进行的电生理信号。

3。膜片钳记录调查INS

  1. 填充合适的容器内,细胞外液的灌注系统和调节流量在1-2毫升/分钟的速率提供灌流浴槽。我们使用重力给料系统(吸气器瓶,夹管阀,PE管材)在线加热器,使快速加热该溶液中,并通过抽吸除去使用了的溶液的蠕动泵。
  2. 放置盖玻片培养细胞转化为一个堂堂正正的显微镜录音室(洗澡)。使用高倍率水浸泡的目的(E克40X)和相位对比( 微分干涉对比或梯度对比DODT),视觉定位螺旋神经节神经元内的文化。一个典型的螺旋神经节神经元相亮,圆,直径约15微米,一个突出的髓核, 如图1a所示。
  3. 一旦神经元已经找到,切换到一个低倍物镜( 10倍)视野内神经元的目标定位。
  4. 移动位置使用下列程序(或同等学历)的光传输光纤到:
    1. 使用微定位器移动到它的输出光纤,直到针尖靠近在水平和垂直平面上的目标神经元。纤维笔尖的垂直位置的向上和向下移动的目标(扫描焦点),可以验证通过。
    2. 切换回高倍率的目标和定位光纤的尖端在其预期的位置到t他神经元( 见图2插图)。纤维的垂直位置调整时,重要的是,纤维的底部边缘放置盖玻片上( 只接触),以尽量减少在纤维的位置不确定性。将取决于在水平平面内的最优对应的角度θ,使纤维与盖玻片的纤维r的半径。为了定位,使纤维沿纤维轴向的目标神经元的中心在于,纤维的上边缘之间的水平距离和目标小区应该是
      Δ 目标 = R(。余割θ - 2罪θ)
      其中负数值表示的光学纤维悬细胞。对齐纤维时,纤维的顶部边缘和神经元的中心之间的距离Δ 目标可以通过视觉检查来近似实现。然而,Δ 目标被设计为作为一个粗略的指引。纤维,使得纤维的上边缘和神经元的中心之间的实际距离ΔΔ 目标 (如在图1中),可测量不同的位置,可以提供从中心的径向位移( 洞察的效果束)和轴向位移( 沿着纤维轴)的光束相对于目标神经元。例如,设置Δ≈0将有望增加当地的气温在附近的细胞- 典型的多模光纤由于光束轮廓很好地近似一顶帽子,减少局部吸收的能量(温度分布26)由于从光束的中心的位移是最小的移动光纤端面更接近细胞相比,吸收的能量的增加。
      虽然应小心,纤维的位置,尽可能准确和可重复婆ssible使用的视觉提示,精确测量的光纤的相对位置的目标神经元( 例如,Δ)是更重要的,比它定位一个预定的距离相差。 Δ(估计的最大误差为±3微米),通过图像分析来确定,如步骤3.8.2中所述的协议。在一些实验中5,8,白色光源通过光纤连接,以目标所需的细胞。这种方法被认为是无效的的直立显微镜设置,从目标区域散射光的强度相对较低,这些浅层角度(θ)。
    3. 一旦纤维是在位置,公知的量将其移出,使微量的简单的定位。的纤维,然后可以返回到原来的位置,当一个神经记录实现。
  5. 填充的微细胞内的解决方案,并牢固地融入地方的头上踏歌放大器( Multiclamp 700B,分子器件)。使用微电极保持器的侧管连接,适用于正压,以防止堵塞的微少量。
  6. 利用显微操作,将微量的正上方目标神经元的位置。
  7. 协议的全细胞记录:
    1. 应用以10毫秒的方波脉冲,+10 mV的( 密封试验)在电压钳模式的放大器和调整的基准信号的微电位(吸管偏移)0 NA。应该也可以用密封试验,以确定是否在所需范围内( 例如,2 - 6MΩ)的微电极的电阻。
    2. 同时监测的电阻,使用的显微操作器的微调的目标神经元的表面上轻轻地定位微量。的微管是与神经元接触时,电阻会增加(约0.5〜1MΩ)。我mmediately的阻力增加,除去正面的流体压力和施加一个小的负压。一旦阻力已经过去了10 - 20MΩ,修复膜电位控股水平( 例如 -60毫伏左右)。
    3. 电极电阻应继续增加,直到超过1GΩ,标志着一个有效的密封(称为'gigaseal')之间已经形成细胞膜和微量。在这一点上,删除所有的微流体压力。
    4. 一旦gigaseal已经形成,使用短电流脉冲(25至100微秒,+1 V)或负的流体压力破裂细胞膜的简要脉冲和中实现全细胞配置。
    5. 记录膜电容,串联电阻和输入电阻为从密封试验脉冲期间的电流的指数曲线拟合确定。尽量减少电容瞬态,通过放大器上调整CpFast和CpSlow控制,然后SWITCh的放大器进入全细胞模式,并赔偿一台电流的电容和电阻,直到观察到在密封试验。应用串联电阻补偿(〜70%的调整,70%的预测),电容和电阻调整控制手段来保持一个平面密封试验响应。
    6. 切换到电流钳模式放大器。注意到的静息膜电位(电流注入的情况下)。设置的保持电流,膜电位稳定在所需的电平( 例如 -60毫伏)。中和该移液管的电容,并调节电桥平衡,平衡的电压降。
    7. 检查烧成性能受刺激的神经元去极化电流(+10〜+200 PA在+10 PA步骤;持续300毫秒)。
    1. 移动光纤回到原来的位置,对神经元的旁边。使用连接的CCD照相机的图像处理软件,相对于目标神经纤维的位置捕捉​​图像为n,聚焦在飞机上的最初的神经元,然后该光纤的顶部边缘上(参见图1)。
    2. 通过随后的分析所产生的图像( 例如, 图1b1c)中,有可能精确地确定Δ(目标神经元的中心相对于光纤的上边缘的位置)。一旦Δ是已知的,从光纤端面的目标神经元(沿纤维轴向)z和神经元的径向位移,束δŗ的从中心的距离参数,例如使用简单的三角关系,可以计算:
      Ž= R罪2θ:+ΔCOSθ
      δR =((COS2θ -单Δθ)2 +ΔY2)1/2
      ΔY是与纤维轴和从上面看的神经元的中心之间的距离( 例如,本身e 图1)。
      分析应该考虑到从细胞到细胞的位置变化,可能需要这些位置参数的精确的知识来解决可能存在的差异刺激过程25。

4。 INS实验

  1. 记录电生理数据,无论是电流钳或电压钳位配置,运行所需的参数( 功率,脉冲宽度,重复率等)的刺激激光。使用我们的激光,光功率控制通过直接输入到激光驱动器,每次录音前手动指定。脉冲宽度和重复频率可以控制的外部信号产生器或数据采集软件(步骤2.3.4中所描述的)。确保膜片钳通道和激光触发通道数据记录。

激光脉冲长度范围从大约500微秒至15毫秒〜0.25-5 MJ每个脉冲的能量通常产生可测量的电反应。激光脉冲的重复速率设置为1赫兹或更低时可能是有用的,因为它最初的实验中,此参数的影响减到最小。典型的结果,示出所记录的信号的变化,都在下面的分类。

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Representative Results

螺旋神经节神经元激光照射可重复波形电压钳和电流钳记录配置中, 图3a示出典型的电流的变化,响应穿过细胞膜的一个2.5毫秒,0.8毫焦耳的激光脉冲(平均响应于6激光脉冲,在1秒的间隔)与膜电位在-70mV,-60 mV和-50 mV的重复。净内向电流一贯诱发在激光脉冲响应,停止光照后返回到初始值。可以看出,激光诱导的电流的形状,以改变膜电位改变,这表明它可能是重要的,在钳制电位的范围内,以获得一个完整的了解相关INS过程的进行实验。在这些实验中,可以进行与当前协议的小修改,使用既定的技术,如充电电压(QV)分析分析(本身ê参考7 QV曲线的例子获得INS 体外 )。

图3b中给出的数据是表示通常由2.5毫秒,0.8毫焦耳的激光脉冲(初始膜电位-73mV,平均超过16交付的激光脉冲重复频率为4赫兹)诱发的膜电位的变化。电流钳记录显示稳定的膜的去极化超过其次是约指数实现在脉冲之后的静息膜电位下降的过程中,激光脉冲。 图3b中的例子也表现出一小笔额外的膜去极化激光脉冲。 Shapiro 等人已经证明,激光诱导的膜电位变化密切相关的地方的温度变化( 在紧邻的单元格)的温度。另外,由Thompson 等人所描述的模型27已确定,根据目标对应的情况下,在照明区域的轴向和径向的温度梯度造成的扩散可能会导致局部温度变化极为相似的膜电位变化, 如图3b所示。其结果是这些研究结果,它被认为是目标单元格的位置,相对于端面的光传输光纤激光诱发的膜电位变化的时间过程中的最高温度确定的作用发挥了显着的在该区域的细胞。

过多的能量照射或暴露在温度大幅增加,可能会导致目标神经元的损害。这通常可以通过观察细胞的电特性的恶化( 例如,电流突然增加所需的膜电位保持在稳定的水平,和/或在信号中的噪声和不稳定的大量增加)。在极端的情况下,S细胞死亡几乎是在瞬间发生的激光照射时, 图4显示了螺旋神经节神经元死亡,造成从曝光到25毫秒,8兆焦耳激光脉冲电压钳记录。

图1
图1。相位对比图像示出了典型的螺旋神经元和光纤和微吸管(从上面看的)光刺激实验期间的相对位置。)典型的螺旋神经元。 二)的光纤在位置(图像集中在顶端光纤的边缘)。 三)叠加的图像,示出的光纤的相对位置的单元格(注:纤维的顶部边缘略微悬细胞, Δ为负)。作为从上述δy和德尔た;是从纤维轴的纤维神经元的中心分别从顶边的距离的神经元中心的径向位移。箭头指示螺旋神经节神经元的位置。比例尺为20μm。

图2
图2。光刺激实验(不按比例)的实验装置示意图。插图:光纤和微电极相对于到目标小区的位置。 θ,Δ z的定义同在协议步骤3.4.2和3.8.2。

图3
图3),电压钳位(平均响应从6脉冲激光delive红色在1赫兹的速度和b)激光诱导膜照明由2.5毫秒时,电流和膜电位变化的螺旋神经节神经元的电流钳(平均响应来自16个激光脉冲重复速率为4赫兹)录音,0.8兆焦耳的激光脉冲。阴影区域表示激光照射的时间不同。插图显示在激光照射更详细的回应。注:a)中的插图重点跟踪得到的膜电位为-60 mV。 点击这里查看大图

图4
图4。电压钳记录显示细胞死亡造成的暴露过于精力充沛(25毫秒,8 MJ)激光脉冲。请注意,振幅信号显示在nA和显着大于图3中所示的pA的电流。

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Discussion

使用本文中列出的协议,它可以提取和培养螺旋神经节神经元,并探讨激光诱发的电活动进行全细胞膜片钳实验。 在体外使用时,膜片钳技术提供实验参数的控制,是无法实现在体内的水平。激光刺激参数,如波长,脉冲能量,脉冲长度,脉冲形状和脉冲重复序列,可以研究在一个可重复的设置。此外,维持神经元所处的环境( 例如,溶液的温度,化学因素)可以系统地改变,使得可以研究膜性能,因此红外神经刺激机制。电气和光学刺激方式之间的相互作用也可以以受控的方式进行调查。这些基本的研究可以进一步通过引入先进的FLuorescent探头监测其它参数,如离子浓度或热休克蛋白的表达。清楚地了解这些不同的参数不仅是实现一个完整的理解的现象,但也能达到更有效的刺激,通过工艺优化的关键。

由于温度所扮演的重要作用的机制INS 5-7,局部加热,由于激光照射的精确测量是在确定这一机制27至关重要。姚明等人所描述的详细记录电流流经一个开放的补丁吸管获得校准的温度测量方法已28和许多作者采用激光引起的温度变化的环境中代表那些确定的规模和时间场发现在体外例如,见参考文献7,8)。提供d表示的光传输光纤中的位置可以精确地确定( 例如,使用当前的协议)的温度测量,这种方法是可能的,使准确的映射的局部温度变化,由于典型的INS刺激。

刺激的激光的波长是一个参数应被视为在INS实验中,由于激光引起的温度变化(和因此的INS)的基本机制介导的水7的吸收特性的波长依赖性(参见Thompson 等人 25,用于预期的波长的影响的详细讨论)。除了从1,870 nm的二极管激光器(红外神经刺激,光磊P / L),在这个协议中的多种波长和激光封装已被用于其他作者。一些常见的例子是:在现有的INS出版物使用的激光器的二极管激光器从下属的Aculight波长为从1,840-1,940纳米6,7,10,13,16-18;钬:YAG激光器(2.12微米)从激光1-2-3 6,11,12,14,15和激光二极管,1,875,1,470 nm的纳米5,8 8,和1,535 nm的8 Sheaumann激光器。

应用这种技术来培养螺旋神经节神经元的一个潜在缺点是,由于规模相对较小的神经元(直径10-15微米),记录电极直接照射激光。曾有人建议,超出某一阈值的激光照明的记录电路7( 密封件和吸液管电阻)的特性有可能发生变化。夏皮罗7测量监测QV曲线反转电位的变化,找到一个阈值3兆焦耳的脉冲能量激光功率增加,这个阈值。作为一个替代方法,有可能确定的规模这种效果通过测量瓦特在密封件和吸液管的组合电阻孔细胞模式( 例如,通过记录电流响应10毫秒,10 mV的电压脉冲),而不同的细胞外溶液的温度。为了充分了解移民局的机制,这是至关重要的激光诱导电阻变化进行测量和考虑。

至目前为止,大部分实验工作已进行红外神经刺激体内 。虽然红外刺激体内辐射暴露阈值有所不同( 例如 0.32 JCM -2大鼠坐骨神经1为2.12微米,0.1 JCM -2在1.855微米为长爪沙鼠的听觉神经18),明显低于阈值确定通过( 例如约20 JCM -2在1.875微米小鼠视网膜神经节细胞和大鼠前庭神经节细胞5,8Ĵ,8.3厘米-2新生大鼠cardiomy的体外研究核细胞9)。 INS过程的细节,在此阶段没有充分地理解推测这种差异的原因,但是,使用的体外模型如听觉神经元,非常类似于以前的体内工作的目标可能是有利的在寻找的说明。

在体外模型中涉及一些其他的较大的细胞,例如非洲爪蟾卵母细胞(〜1毫米直径),Shapiro 等人使用。7这些可能是有用的,用于探测INS跨越单个细胞的有效性,以调查是否影响细胞成分的空间变化受到刺激。简单的模型,如脂质双层囊泡可能允许甚至更精确地控制在体外实验的实验参数,然而这样的模型是比较有限的范围和可能无法揭示INS的全部复杂性。

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Disclosures

什么都没有透露。

Acknowledgments

这项工作是由澳大利亚研究理事会根据联动项目赠款LP120100264支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cell culture materials and equipment
Glass coverslips Lomb Scientific CSC 10 1 GP
4-ring cell culture dish VWR International 82050-542
Poly-L-ornithine solution Sigma-Aldrich P4957
Laminin Invitrogen 23017-015
Curved forceps WPI 14101 Dumont #5 tweezers (45° angle tip)
CO2 Incubator ThermoScientific Heracell 150i
Table 1. Cell culture materials and equipment.
Neurobasal media
Neurobasal A Gibco 10888-022
N-2 supplement Invitrogen 17502-048
B27 serum-free supplement Invitrogen 17504-044
Penicillin-Streptomycin Invitrogen 15140-148
L-Glutamine Invitrogen 25030-149
Intracellular solution
Potassium chloride Sigma-Aldrich P4504
HEPES Sigma-Aldrich H4034
Potassium D-gluconate Sigma-Aldrich G4500
EGTA Sigma-Aldrich E3889
Na2ATP Sigma-Aldrich A2383
MgATP Sigma-Aldrich A9187
NaGTP Sigma-Aldrich G8877
Potassium hydroxide LabServ BSPPL738.500
Sucrose Sigma-Aldrich S8501
Extracellular solution
Sodium chloride Sigma-Aldrich 310166
Potassium chloride Sigma-Aldrich P4504
HEPES Sigma-Aldrich H4034
Calcium chloride Sigma-Aldrich 383147
Magnesium chloride Sigma-Aldrich M8266
D-Glucose Sigma-Aldrich G8270
Sodium hydroxide LabServ BSPSL740.500
Sucrose Sigma-Aldrich S8501
Table 2. Solutions for cell culture and patch clamp. a) Neurobasal media. b) Intracellular solution. c) Extracellular solution.
Upright microscope Zeiss AxioExaminerD1 Equipped with Dodt contrast
Water-immersion objective Zeiss W Plan-APOCHROMAT 40x/0.75
Platform and X-Y stage ThorLabs Burleigh Gibraltar
Recording chamber Warner Instruments RC-26G
Vibration isolation table TMC Micro-g 63-532
CCD Camera Diagnostic Instruments RT1200
Camera software Diagnostic Instruments SPOT Basic
In-line solution heater Warner SH-27B
Temperature controller Warner TC-324B
Patch clamp amplifier Molecular Devices Multiclamp 700B
Patch clamp data acquisition system Molecular Devices Digidata 1440A
Micromanipulator Sutter Instruments MPC-325
Micropipette glass Sutter Instruments GBF100-58-15 Borosilicate glass with filament
Micropipette Puller Sutter Instruments P2000
Recording Software AxoGraph Lab pack and electrophysiology tools
Aspirator bottle Sigma-Aldrich CLS12201L 1 L Pyrex aspirator bottle, with outlet for tubing
PE Tubing Harvard PolyE #340
Masterflex peristaltic pump Cole-Parmer HV-07554-85
Table 3.Patch clamp equipment.
1,870 nm laser diode Optotech
200/220 μm diameter multimode optical fiber patch cord (FC/PC) AFW Technologies MM1-FC2-200/220-5-C-0.22 Light delivery optical fiber, silica core and cladding, 0.22 NA
Optical fiber through connector (FC/PC) Thorlabs ADAFC2
Optical fiber cleaver EREM FO1
Optical fiber stripping tool (0.25 - 0.6 mm) Siemens For removing optical fiber jacket
Optical fiber stripping tool (0.6 - 1.0 mm) Siemens For removing outer coating of patch cord
Signal generator Any signal generator that can output the necessary pulse shapes and is capable of being externally triggered
Optical fiber positioner Custom made positioner. Could substitute with standard micropositioner used for patch clamp experiments
Optical fiber chuck Newport FPH-DJ
Laser power meter and detector head Coherent FieldMate (power meter) with LM-3 (detector head)
Table 4. Laser equipment.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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  2. Richter, C. P., Matic, A. I., Wells, J. D., Jansen, E. D., Walsh, J. T. Neural stimulation with optical radiation. Laser & Photonics Reviews. 5, 68-80 (2011).
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