Samtidig Elektrofysiologisk optagelse og Micro-injektioner af inhiberende Agents i Rodent Brain
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
Her beskriver vi en metode til konstruktion af en enkelt-brug "injectrode" ved hjælp af kommercielt tilgængelige og prismæssigt overkommelige dele. En sondering system blev udviklet, som muliggør injektion af et lægemiddel under optagelse elektrofysiologiske signaler fra den påvirkede neuronal population. Denne metode giver en enkel og økonomisk alternativ til kommercielle løsninger. Et glas pipette blev modificeret ved at kombinere det med en kanyle og en sølv filament. Den injectrode er knyttet til kommerciel mikrosprøjte pumpe til drug delivery. Dette resulterer i en teknik, der giver real-time farmakodynamik tilbagemelding gennem multi-unit ekstracellulære signaler fra anlægget af lægemiddelafgivelse. Som proof of concept, indspillede vi neuronal aktivitet fra den overlegne colliculus fremkaldt af lysglimt i rotter, samtidig med levering af lægemidler gennem injectrode. Den injectrode optagelse kapacitet tillader funktionel karakterisering af injfdeling websted begunstige præcis kontrol over lokaliseringen af lægemiddelafgivelse. Anvendelse af denne metode udvider også langt ud over, hvad der demonstreres her, som valget af kemiske stof indlæst i injectrode er enorme, herunder sporing markører for anatomiske eksperimenter.
Introduction
Inaktivering af kortikale områder og sub-kortikale kerner er vigtig i studiet af funktionelle relationer mellem forskellige hjernens strukturer 2-4. Nyere litteratur har ansat tab af funktion kemiske eller kryogene teknikker til at studere den rolle, hjernens strukturer 2,5. Med hensyn til farmakologiske mikroinjektioner, kan små volumener af medikamenter indgives i et område af hjernen med en styret hastighed og samtidig minimere de indirekte skader på det omgivende væv 6,7. Denne teknik kan anvendes til at afgive specifikke agonister, inverse agonister eller antagonister til at undersøge effekten af forskellige farmakologiske mål for neuronal aktivitet. Sådanne virkninger kan også blive undersøgt ved at måle ændringer i neuronale svar fra fjerntliggende steder, så forskerne at studere forholdet mellem forskellige kortikale og subkortikale strukturer.
Her viser vi samlingen af en enhed, injectrode, i stand til at both indspilning elektrofysiologiske signaler og levere små mængder narkotika på målet placering. Vi demonstrere mulighederne for dette system ved at injicere GABA, en fælles inhibitor af neuronal aktivitet, i rotten superior colliculus. Denne region er følsom over for visuel stimulation, som tilladt os at bruge visuelt fremkaldte multiunit aktivitet for at bekræfte injectrode lokalisering. Den reversibilitet inaktivering blev vurderet ved inddrivelse af normale neuronal aktivitet efter afslutningen af GABA injektion.
Muligheden for at overvåge flere enheder aktivitet fra injektionsstedet muliggør finjustering af injektionsrater og mængder er nødvendige for at opnå den ønskede farmakodynamiske respons. Derfor er en fordel ved denne teknik, er den potentielle begrænsning af vævsskader forårsaget af mikroperfusionskammeret, eftersom de mindste effektive mængder injiceres. Den foreslåede protokol giver en omkostningseffektiv metode til at generere den disponible hardware necessary for ledende eksperimenter, hvor drug delivery og lokale neuronal aktivitet optagelse ønskes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreslåede protokol er designet til at løse de udfordringer, der følger af de nuværende reversible inaktiveringsmetoder. Specifikt giver dette projekt sigte på at forbedre de metoder, der anvendes til kemiske mikroinjektioner af stoffer modulerende neurale aktivitet, især i dybe hjernens strukturer. En teknisk udfordring på vej ud denne type opsætning er behovet for begge prober, der skal colocalized i samme begrænset rum in vivo for at udlede nøjagtige optagelser på injektionsstedet. Dette probl…
Divulgations
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” |
References
- 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. Neurosciences. 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).
