쥐 망막 신경 전달 물질 글루타민 산 염에 체 외에서 의 생체 모방 화학 Neuromodulation 위한 방법론
Summary
이 프로토콜 wholemount 쥐 망막에서 생체 외에서 신경 전달 물질 글루타민 산 염의 화학 신경의 형태를 조사 하는 새로운 방법을 설명 합니다. 화학 신경 망막의 포토 리셉터 퇴행 성 질환으로 인 한 돌이킬 수 없는 실명을 치료에 대 한 기존의 전기 통제에 유망한 대안 이다.
Abstract
포토 리셉터 퇴행 성 질병 망막에 포토 리셉터 세포의 진보적인 손실 통해 돌이킬 실명을 일으킬. 망막 어 두 음 첨가 인위적으로 환자에 이해할 수 있는 시각적 인식을 도출의 희망에서 살아남은 망막 신경 세포를 자극 하 여 비전을 복원 하는 포토 리셉터 퇴행 성 질환에 대 한 신흥 치료. 현재 망막 prostheses 전기 망막을 자극 하지만 높은 시력, 환자에 게 자연의 비전을 복원에 상당한 물리적 장벽을 얼굴에 전극의 배열 사용 하 여 환자에 게 제한 된 비전을 복원에 성공 설명 했다. 기본 신경 전달 물질을 사용 하 여 화학 신경 biomimetic 전기 대체 자극 이며 전기 통제를 사용 하 여 망막 어 두 음 첨가와 관련 된 근본적인 한계를 우회할 수 있습니다. 특히, 화학 신경은 신경 전달 물질, 망막에서 사용 하는 통신의 같은 자연 대리인의 아주 소량을 주입 하 여 환자에 필적 하거나 더 나은 visual acuities와 더 많은 자연의 비전을 복원 가능성이 있다 화학 synapses 현재 전기 무생물 보다 훨씬 미세한 해상도에. 그러나, 상대적으로 미개척된 자극 패러다임으로 시험관에서망막의 화학 자극을 달성 하기 위한 아무 설립된 프로토콜이입니다. 이 작품의 목적은 망막의 화학 neuromodulation의 잠재적인 또는 이와 유사한 공부 하고자 수 사관에 대 한 망막의 화학 자극을 달성을 위한 구체적인된 프레임 워크를 제공 하는 신경 조직 체 외. 이 작품에서 우리 실험 설치 및 망막 신경 절 세포 (RGC) 스파이크 응답 비슷한 시각적 빛 응답 야생-타입에서 도출을 위한 방법론을 설명 하 고 주입 하 여 포토 리셉터 전락 wholemount 쥐 망막의 볼륨 제어 유리 micropipettes를 사용 하 여 사용자 지정 멀티 미세 장치 subretinal 공간으로 신경 전달 물질 조미료. 이 방법론 및 프로토콜 충분히 일반적인 neuromodulation 다른 신경 전달 물질 또는 다른 신경 조직을 사용 하 여 적용할 수 있습니다.
Introduction
포토 리셉터 퇴행 성 질환, 망막 화 등 나이 관련 황 반 변성 시력 상실의 상속 가능한 원인을 선도 하 고 현재 불 치1,2. 비록 이러한 질병은 특정 유전자 변이의 다양 한에서 발생, 포토 리셉터 퇴행 성 질환 결국 실명을 일으키는 망막에 포토 리셉터 세포의 진보적인 손실 그룹으로 특징입니다. 망막에 걸쳐 개장 하지만 살아남은 망막 신경 세포, 양극 세포와 RGCs를 포함 하 여 광범위 한 대뇌 트리거의 손실 남아 그대로 포토 리셉터 변성3 의 고급 단계에도 상대적으로 기능 ,45,,67.
기계 장치 그리고 이러한 질병의 병 리 잘 특징된3,,45,,67 하지만 효과적인 치료 하기 어려운 남아 있다. 지난 3 년간 전세계 연구자 포토 리셉터 퇴행 성 질병 유전자 치료8, 줄기 세포 치료9를 포함 하 여 영향을 받는 이들에 게 비전을 복원에 대 한 치료 치료의 다양 한 조사 망막 이식10, 그리고 살아남은 망막 신경 세포의 인공 자극11,12 . 이들의 가장 임상적으로 사용할 수는 전통적으로 전기의 목표와 특정 패턴에 양극 세포 또는 RGCs 자극 전극의 배열 활용 인공 신경 장치는 망막 어 두 음 첨가 환자11인공 시각 인식 만들기 아르고스 II13 알파 IMS14 장치, 등 현재 세대 전기 prostheses 임상 승인을 달성 하 고 그들은 향상 시킬 수 있는 삶의 질 환자에 대 한 복원 하 여 예비 연구 표명를 (망막) 다시 망막 (망막의 앞면) 프런트 및 subretinal를 사용 하 여 비전의 측정 장치15,16이식. 전 세계 연구 단체는 이러한 1 세대 장치17,,1819,20 의 성공 넘어 망막 prostheses 발전에 노력 하지만 직면 전기 족 환자에 게 법적 실명 수준 높은 시력 비전을 복원의 설계는 어려움 최근 연구는를 안전 하 게 자극 큰 전극의 사용을 필요로 달성 공간 해상도 보다 높은 해상도 현재 세대에 의해 활성화 기반 전기 prostheses 충전 주입 제한 때문에 도전 이다, 공간 해상도, 즉 시력11,21비용 하는 망막 신경 또한, 전기 자극은 더 크게 하기 때문에 그것은 본질적으로 부자연 스러운 자극 패러다임21때문에 일반적으로 모든 주변 세포를 자극 하 고 따라서 환자, 부자연 스러운 및 혼란 인식 elicits 제한. 그럼에도 불구 하 고, 전기 자극의 초기 성공 그 인공 신경 포토 리셉터 퇴행 성 질환에 대 한 효과적인 치료 될 수 있다 설명 했다. 이것은 훨씬 더 효과적인 치료는 신경 전달 물질 화학 물질, 화학 시 냅 스에서 통신의 자연 대리인과 망막을 자극 하 여 달성 될 것을 가설을 하나. 이 문서에 소개 된 방법의 목적은 biomimetic 대체 전기 자극으로 망막 신경 세포 간의 시 냅 스 통신의 자연 시스템을 모방 하고자 화학 자극의 치료 가능성을 탐구 하는 대 한 망막 족.
화학적으로 활성화 대상 망막 신경 세포는 미세를 통해 출시 하는 조미료 같은 네이티브 신경 전달 물질의 소량에 의존 하는 화학 망막 족을 치료 화학 자극의 개념의 번역 시각적 자극에 대 한 응답에서 microports의 큰 배열을 구성 하는 장치. 이 방법에서는, 화학 망막 족 본질적으로 생체 모방 인공 포토 리셉터 레이어 자연스럽 게 화학 신호를 망막에 도달 하는 광자를 변환 하는 것입니다. 이러한 화학 신호 정상 망막 신호에서 동일한 신경 전달 물질을 사용 하 여 고 정상 시각 경로, 결과 표시에 사용 되는 동일한 시 냅 스 경로 통해 퇴 화 된 망막의 살아남은 망막 신경 세포를 자극 화학 망막 족을 통해 달성 하는 인식 더 자연스럽 고 이해할 수 있는 전기 족을 통해 갖는 것 비교 될 수 있습니다. 또한, 매우 작고 높은 밀도, 전극, 달리 기준점과는 신경 전달 물질 풀어 microports를 만들 수 있습니다 이후 잠재적인 화학 보 수도 더 초점 자극을 얻을 수 및 높은 공간 해상도 전기 족 보다입니다. 따라서, 이러한 잠재적인 이점을 바탕으로, 화학 망막 족 전기 무생물에 대 한 매우 유망한 대안을 제공 합니다.
그러나 화학 자극은 망막의,는 비교적 작은 탐험 되었습니다 최근까지. 망막의 전기 자극을 잘 작업 에 체 외22,23, vivo에서23,24, 그리고 임상 연구13 년간 특징 되었습니다 동안 ,14, 화학 자극에 대 한 연구는 몇 가지 생체 외에서 작품25,26,,2728에 독점적으로 제한 되었습니다. Iezzi 및 Finlayson26 및 Inayat 외. 27 는 망막에서 생체 외에서 를 사용 하 여 단일 전극과 multielectrode 배열 (MEA), 각각, 망막 신경의 조미료 갖는 응답의 화학 자극을 망막 프런트 시연. 더 최근에, Rountree 외. 28 subretinal 측면과 MEA에서 조미료를 사용 하 여 망막에 여러 사이트에서 신경 응답에 망막 통로의 차동 자극을 시연 했다.비록이 작품은 화학 자극의 타당성 설립 예비는, 더 연구는 많은 조사에 필수적인 측면 그 넘어이 접근의 해결 까지는25,,2627 , 28, 위에서 설명한 대로 화학 망막 족에이 개념을 번역 하기 전에 생체 외에서 그리고 vivo에서 동물 모델에서 치료 자극 매개 변수를 조정 하 고. 그러나, 현재 문학에서 망막의 화학 자극을 달성을 위한 아무 설립된 방법론 이며 이전 작품에 사용 되는 방법을 일차 연구는 필수적인 것으로 상세히에서 설명 하지 되었습니다. 따라서,이 방법 종이 대 한 근거 중 우리의 이전 연구27, 복제에 관심이 그 조사에 대 한 망막의 시험관에 화학 자극을 실시 하기 위한 잘 정의 된 프레임 워크를 제공 하는 것입니다. 28 또는 추가 화학 통제의이 초기 개념 발전.
여기 wholemount 망막 야생-타입 쥐와 밀접 하 게 포토 리셉터 퇴행의 진행을 모방 하는 포토 리셉터 퇴 화 한 쥐 모델에서에서 망막 신경 세포의 체 외에 화학 자극을 실시 하는 방법을 보여 줍니다. 인 간에 있는 질병. 다양 한 자극 매개 변수의 치료 범위를 평가 하 고 것이 불가능 하거나 에서 관찰 하기 어려운 신경 응답 특성을 연구 하는 생체 외에서 모델에이 자극 방법을 개발 뒤에 있는 근거 vivo 모델, 특히 초기 연구 중에 초점을 맞춘이 접근 방법의 타당성을 평가. 이 절차에서 우리는 상업적으로 사용할 수 있는 단일 포트 유리 micropipettes 및 사용자 지정을 통해 대상 망막 신경 근처 1mm 조미료의 소량을 제공 하 여 망막의 단일 사이트와 동시 다중 사이트 화학 stimulations를 보여줍니다. 휘트스톤 다중 포트 미세 장치, 각각. 단일 사이트, 다중 사이트 stimulations 화학 neuromodulation의 치료 타당성 조사의 기본 목적을 수행 하는 동안 각각 독특한 이점을 가진 뚜렷한 목적을 제공 합니다. 단일 사이트 자극, 상용 미리 가져온된 유리 micropipettes 함께 수행할 수 있습니다, 단일 사이트에서 망막의 표면에 직접 화학 물질을 주입 하 사용할 수 있으며 관찰 RGC 스파이크 속도 하는 경우를 조사 하는 역 유사한 시각적으로 갖는 빛 응답 응답 사출 사이트 focally elicited 수 있습니다. 다른 한편으로, 특수 가공된 멀티 미세 장치 필요, 다중 사이트 자극 망막의 표면에 여러 사이트에서 공간적으로 화학 물질을 주입 하는 데 사용할 수 있습니다 하 고 얼마나 잘 조미료 갖는 RCG 조사 하는 역 응답 패턴 패턴 자극 연구에 조미료 주입 패턴에 해당합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제시 된 방법 어떤 점에서 망막 신경 화학적으로 망막 체 외의 표면으로 네이티브 신경 전달 물질 화학 물질을 주입 하 여 자극 하는 독특한 신경 자극 패러다임을 보여 줍니다. 이 화학 자극 기술은 기존의 전기 자극 기술, 선택도 및 대상 뉴런의 높은 초점 특이성을 포함 하 여 여러 가지 이점을 제공 합니다. 세부 정보 또는 사용자 지정 휘트스톤 멀티 미세 장치 유도 신경 전달 물?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
종이에 표시 하는 작업 했다 국립 과학 재단, 신흥 국경 연구에 의해 지원 되 고 혁신 (NSF EFRI) 프로그램 번호 0938072를 부여. 이 논문의 내용은 전적으로 저자의 책임 하 고 반드시는 NSF의 공식 의견을 대표 하지는 않습니다. 저자는 또한 디자인 하 고 테스트 화학 자극에 대 한 초기 실험 설정 및 씨 Ashwin Raghunathan 설계, 제조, 및 평가에 사용 되는 멀티 포트 미세 장치 그의 작품에 대 한 그의 작품에 대 한 박사 Samsoon Inayat 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는.
Materials
| Microelectrode array, perforated layout | Multi Channel Systems, GmbH | 60pMEA200/30iR-Ti-pr | http://www.multichannelsystems.com/products/microelectrode-arrays/60pmea20030ir-ti |
| MEA amplifier | Multi Channel Systems, GmbH | MEA1060-Inv | http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv |
| Bottom perfusion groundplate for pMEA | Multi Channel Systems, GmbH | MEA1060-Inv-(BC)-PGP | http://www.multichannelsystems.com/products/mea1060-inv-bc-pgp |
| 3-axis Motorized Micromanipulator | Sutter Instruments, Novato, CA | MP-285 | https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mp285.html |
| Micromanipulator Control System | Sutter Instruments, Novato, CA | MPC-200 | https://www.sutter.com/MICROMANIPULATION/mpc200.html |
| Gantry style micromanipulator stand with linear slide | Sutter Instruments, Novato, CA | MT-75/LS | https://www.sutter.com/STAGES/mt75.html |
| 8-channel Programmable Multichannel Pressure Injector | OEM: MicroData Instrument, S. Plainfield, NJ Vendor: Harvard Apparatus UK |
PM-8000 or PM-8 | OEM: http://www.microdatamdi.com/pm8000.htm Vendor: https://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/product_11555_10001_39808_-1_HAUK_ProductDetail |
| Axopatch 200A Integrating Patch Clamp Amplifier | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | Axopatch 200A | Axopatch 200A has been replaced with a newer model Axopatch 200B: https://www.moleculardevices.com/systems/axon-conventional-patch-clamp/axopatch-200b-amplifier |
| Patch clamp headstage | Molecular Devices, Sunnyvale, CA | CV 201A | http://mdc.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/16554/~/axopatch-200a%3A-selection-cv-headstage |
| Vacuum waste kit | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | VMK | http://alascience.com/product/vacuum-waste-kit/ |
| Pipette holder | Warner Instruments, Hamden, CT | QSW-A10P | https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=915 |
| Pre-pulled 10 μm tip diameter glass micropipettes | World Precision Instruments, Sarasota, FL | TIP10TW1 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/make-selection-pre-pulled-glass-pipettes-plain/ |
| Zoom stereomicroscope | Nikon, Tokyo, Japan | SMZ-745T | https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ745 |
| Microscope boom stand with dual linear ball bearing arm | Old School Industries, Inc., Dacono, CO | OS1010H-16BB | http://www.osi-incorp.com/productdisplay/dual-linear-ball-bearing-arm |
| Zoom Stereo Microscope with C-LEDS Hybrid LED Stand | Nikon, Tokyo, Japan | SMZ-445 | https://www.nikoninstruments.com/Products/Stereomicroscopes-and-Macroscopes/Stereomicroscopes/SMZ445 |
| Inverted microscope system | Nikon, Tokyo, Japan | Eclipse Ti-E | https://www.nikoninstruments.com/Products/Inverted-Microscopes/Eclipse-Ti-E |
| Ames medium | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | A1420 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/a1420 |
| L-Glutamic Acid (Glutamate) | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | G5667 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/mm/100291 |
| Sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | S8761 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/s8761 |
| 60 mm Petri dish (10 mm tall) | Fischer Scientific, Waltham, MA | FB0875713A | 60 mm clear petri dish; https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-petri-dishes-clear-lid-12/fb0875713a |
| Jewelers #5 Forceps | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 555227F | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/555227f-jewelers-5-forceps-11cm-straight-titanium/ |
| Standard Scalpel Blad #24 | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 500247 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500247-standard-scalpel-blade-24/ |
| Scalpel Handle #4 | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 500237 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/500237-scalpel-handle-4-14cm/ |
| Vannas Tubingen Dissection Scissors | World Precision Instruments, Sarasota, FL | 503378 | https://www.wpiinc.com/products/laboratory-supplies/503378-vannas-tubingen-scissors-8cm-straight-german-steel/ |
| Nylon mesh kit | Warner Instruments, Hamden, CT | NYL/MESH | https://www.warneronline.com/product_info.cfm?id=1173 |
| Harp slice grid | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | HSG-5AD | http://alascience.com/product/standard-harp-slice-grids/ |
| Ag/AgCl reference electrode pellet | Multi Channel Systems, GmbH | P1060 | http://www.multichannelsystems.com/products/p1060 |
| 4 Channel Valve Controlled Gravity Perfusion System | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | VC3-4xG | http://alascience.com/product/4-channel-valve-controlled-gravity-perfusion-system/ |
| Zyla 5.5 sCMOS microscope camera | Andor Technology, Belfast, UK | Zyla 5.5 sCMOS | http://www.andor.com/scientific-cameras/neo-and-zyla-scmos-cameras/zyla-55-scmos |
| Silver wire (50 μm diameter) | Fischer Scientific, Waltham, MA | AA44461G5 | https://www.fishersci.com/shop/products/silver-wire-0-05mm-0-002-in-dia-annealed-99-99-metals-basis-3/aa44461g5 |
| Tygon microbore tubing (1.6 mm diameter) | Cole Parmer, Vernon Hills , IL | EW-06419-01 | https://www.coleparmer.com/i/tygon-microbore-tubing-0-020-x-0-060-od-100-ft-roll/0641901 |
| Tilting Tool Holder with Steel Cannula | ALA Scientific Instruments, Farmingdale, NY | TILTPORT | One each of these were utilized for top perfusion and suction; http://alascience.com/product/tilting-tool-holder-with-steel-cannula/ |
| Roscolux #26 Light Red Filter Sheet | Rosco Laboratories Inc., 52 Harbor View, Stamford, CT | R2611 | Manufacturer: http://us.rosco.com/en/products/catalog/roscolux Vendor: https://www.bhphotovideo.com/c/product/43957-REG/Rosco_RS2611_26_Filter_Light.html |
| Smith & Wesson Galaxy Red Flashlight | Smith & Wesson, 2100 Roosevelt Avenue, Springfield, MA | 4588 | Manufacturer: https://www.smith-wesson.com/ Vendor: http://www.mypilotstore.com/mypilotstore/sep/4588 |
| MC_Rack Software | Multi Channel Systems, GmbH | MC_Rack | http://www.multichannelsystems.com/software/mc-rack |
| Labview Software | National Instruments, Austin, TX | LabVIEW | http://www.ni.com/labview/ |
| NIS-Elements: Basic Research Software | Nikon, Tokyo, Japan | NIS-Elements BR | https://www.nikoninstruments.com/Products/Software/NIS-Elements-Basic-Research |
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