Gelijktijdig Elektrofysiologische opname en Micro-injecties van remmende middelen in de knaagdierhersenen
Summary
Here, we craft a glass pipette with dual functions: inhibition of deep brain structures by microinjections of drugs and real-time monitoring of their effects through simultaneous electrophysiological recordings.
Abstract
Hier beschrijven we een werkwijze voor de constructie van een eenmalig gebruik "injectrode" met behulp van commercieel toegankelijk en betaalbaar parts. Een indringende systeem ontwikkeld dat het mogelijk maakt voor de injectie van een geneesmiddel bij het opnemen elektrofysiologische signalen van de getroffen neuronale populatie. Deze werkwijze is eenvoudig en economisch alternatief voor commerciële oplossingen. Een glazen pipet werd gemodificeerd door het te combineren met een injectienaald en een zilveren filament. De injectrode wordt aan commerciële micro-pomp voor drug delivery bevestigd. Dit resulteert in een techniek die real-time farmacodynamiek feedback verschaft door middel van multi-unit extracellulaire signalen afkomstig van de plaats van geneesmiddelafgifte. Als een proof of concept, namen we de neuronale activiteit van de superieure colliculus uitgelokt door lichtflitsen bij ratten, gelijktijdig met de levering van geneesmiddelen door de injectrode. De injectrode opnamecapaciteit maakt de functionele karakterisering van de injectie website ten gunste van nauwkeurige controle over de lokalisatie van drug delivery. De toepassing van deze werkwijze zich ook veel verder gaat dan hier getoond, de keuze van de chemische stof in het injectrode geladen is groot, onder tracering merkers voor anatomische experimenten.
Introduction
De inactivatie van corticale gebieden en subcorticale kernen van belang bij de studie van functionele relaties tussen verschillende hersenstructuren 2-4. Recente literatuur loss-of-function chemische of cryogene technieken toegepast om de rol van hersenstructuren 2,5 bestuderen. Met betrekking tot farmacologische micro-injecties kunnen kleine hoeveelheden geneesmiddelen worden toegediend in een gebied van de hersenen met een geregelde snelheid tegelijk de bijkomende schade aan het omringende weefsel 6,7. Deze techniek kan worden gebruikt om specifieke agonisten, inverse agonisten of antagonisten te leveren aan het effect van verschillende farmacologische doelwitten op neuronale -activiteit. Dergelijke effecten kunnen ook worden bestudeerd door het meten van veranderingen in neuronale reacties van verafgelegen plaatsen, waardoor onderzoekers om de relatie tussen verschillende corticale en subcorticale structuren bestuderen.
Hier tonen we het samenstel van een inrichting, het injectrode, staat both opnemen elektrofysiologische signalen en leveren geringe hoeveelheden geneesmiddelen op de doellocatie. We tonen de mogelijkheden van dit systeem door het injecteren GABA, een gemeenschappelijke remmer van neuronale activiteit in de rat superior colliculus. Deze regio is gevoelig voor visuele stimulatie, die ons toeliet om visueel opgeroepen multiunit activiteit gebruiken om injectrode lokalisatie bevestigen. De omkeerbaarheid van de inactivatie werd beoordeeld door het herstel van de normale neuronale activiteit na het einde van GABA injectie.
De bewakingsmogelijkheden meerdere eenheden activiteit van de injectieplaats maakt fijnafstemming van de injectiesnelheden en volumes nodig gewenste farmacodynamische respons. Daarom is een voordeel van deze techniek is het mogelijk beperking van de weefselbeschadiging veroorzaakt door microperfusion, aangezien de kleinste effectieve hoeveelheden geïnjecteerd. De voorgestelde protocol biedt een kostenefficiënte methode voor het genereren van de wegwerp hardware necessary voor het uitvoeren van experimenten waarbij geneesmiddelafgifte en lokale neuronale activiteit opname gewenst.
Protocol
Representative Results
Discussion
De voorgestelde protocol werd ontworpen om de uitdagingen als gevolg van de huidige omkeerbare inactivatie methoden op te lossen. Specifiek, dit project gericht op het verfijnen van de gebruikte chemische micro-injecties van stoffen moduleren neurale activiteit, vooral in diepe hersenstructuren methoden. Een technische uitdaging die uit dit type opstelling is dat beide probes wordt colocalized in dezelfde beperkte ruimte in vivo teneinde nauwkeurige opnames leiden op de injectieplaats. Dit probleem kan worden o…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by grants from CIHR (MOP231122) and NSERC (RGPIN-2014-06503). We would like to thank Geneviève Cyr for her help preparing experiments and supervising laboratory work. MAL received a scholarship from The Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Injection pump (UltraMicroPump III) | WPI | #UMP3 | |
| Injection console (Micro4 Controller) | WPI | #SYS-MICRO4 | |
| Hamilton syringe | Hamliton | (80301) 701LT 10 µL SYR | Syringes between 5 and 10 μL used |
| Gel cyanoacrylate adhesive | Krazy Glue | KG86648R | The gel form is easier to apply on the shaft of the 30G hypodermic needle |
| Glass pipettes | WPI | #TW100F-4 | Thin wall, 1mm OD, 0.75mm ID with filament pipettes used |
| 720 Needle Pipette Puller | Kopf | 720 | |
| Silver wire | A-M Systems, Inc. | 782500 | Bare 0.010” |
Referencias
- Martin, J. H., Ghez, C. Pharmacological inactivation in the analysis of the central control of movement. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 145-159 (1999).
- Ponce, C. R., Hunter, J. N., Pack, C. C., Lomber, S. G., Born, R. T. Contributions of indirect pathways to visual response properties in macaque middle temporal area MT. The Journal Of Neuroscience The Official Journal Of The Society For Neuroscience. 31 (10), 3894-3903 (2011).
- Lomber, S. The advantages and limitations of permanent or reversible deactivation techniques in the assessment of neural function. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 109-117 (1999).
- Malpeli, J., Schiller, P. A method of reversible inactivation of small regions of brain tissue. Journal Of Neuroscience Methods. 1 (2), 143-151 (1979).
- Lomber, S. G., Payne, B. R., Horel, J. A. The cryoloop: an adaptable reversible cooling deactivation method for behavioral or electrophysiological assessment of neural function. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 179-194 (1999).
- Gonzalez-Perez, O., Guerrero-Cazares, H., Quiñones-Hinojosa, A. Targeting of deep brain structures with microinjections for delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants. Journal Of Visualized Experiments. (46), (2010).
- Hupé, J., Chouvet, G., Bullier, J. Spatial and temporal parameters of cortical inactivation by GABA. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 129-143 (1999).
- Casanova, C., McKinley, P., Molotchnikofff, S. Responsiveness of Reorganized Primary Somatosensory (SI) Cortex after Local Inactivation of Normal SI Cortex in Chronic Spinal Cats. Somatosensory & Motor Research. 8 (1), 65-76 (1991).
- Malpeli, J. Reversible inactivation of subcortical sites by drug injection. Journal Of Neuroscience Methods. 86 (2), 119-128 (1999).
- Minville, K., Casanova, C. Spatial frequency processing in posteromedial lateral suprasylvian cortex does not depend on the projections from the striate-recipient zone of the cat’s lateral posterior-pulvinar complex. Neurociencias. 84 (3), 699-711 (1998).
- Diao, Y., Wang, Y., Xiao, Y. Representation of the binocular visual field in the superior colliculus of the albino rat. Experimental Brain Research. 52 (1), 67-72 (1983).
