Summary

光纤植入慢性Optogenetic刺激脑组织

Published: October 29, 2012
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Summary

现在的光遗传学的发展提供了手段精确地刺激基因定义的神经元和电路,既<em在体外</em>和<em在体内</em>。在这里,我们描述的组件和一个光纤为慢性光刺激脑组织植入。

Abstract

阐明神经元的连接模式一直是临床和基础神经科学的一个挑战。电已经分析模式的突触连接的金标准,但配对的电生理记录可以既繁琐和实验限制。光遗传学的发展引入一个优雅的方法来刺激神经 ​​元和电路中,无论是在体外在体内 2,3。通过利用驱动视蛋白表达的离散的神经元群体的细胞类型特异性的启动子活性,其中一个可以精确地刺激基因定义的神经元的亚型,在不同的电路4-6。很好的描述的方法,以刺激神经元,包括电刺激和/或药理操纵,往往型细胞不加区别,侵入性的,并且可能会损坏周围组织。这些限制可能会改变正常的突触功能和/或电路的行为。此外,由于操纵的性质,目前的方法通常是急性的和终端。光遗传学得到的能力,以刺激神经元的相对无害的方式,而在转基因的目标神经元。 体内光遗传学研究,涉及的大多数目前使用的是通过植入插管6,7引导的光纤,但是,这种方法的局限性包括受损的脑组织与重复插入的光纤,和潜在的断裂的纤维内部的套管。由于光遗传学领域的蓬勃发展,更可靠的方法,以方便长期研究,以最小的附带组织损伤的慢性刺激是必要的。在这里,我们提供我们修改后的协议作为视频文章补充的方法,有效和优雅的描述斯巴达 。的麻醉小鼠的头盖骨上的光纤植入物和其永久固定的制作,以及组装的纤维植入物连接到光纤耦合器的光源。的植入物,与光纤连接的固态激光器,允许一个有效的方法,对长期photostimulate功能的神经元的电路与使用小型,可拆卸的,系绳的组织破坏少9。永久固定的光纤植入提供稳定,长期在体内 optogenetic清醒,行为10用最少的组织损伤小鼠的神经回路的研究。

Protocol

*所有材料连同各自的制造商和/或供应商下面列出的协议。 1。大会植入准备光纤的热固化性环氧树脂的混合物,通过添加固化剂,100毫克1克树脂。 测量并削减约35毫米的125微米的光纤,100微米的核心,它的楔尖硬质合金划线得分。文士垂直放置在一个单一的,单向运动的光纤和得分。切割纤维将完全损坏的光纤纤芯。 插入一个LC陶瓷插芯钻入副为127微?…

Discussion

光遗传学是一个功能强大的新技术,使特定的神经元亚型前所未有的控制。这可以被利用来调节神经回路的解剖和时间精度,同时也避免了细胞类型不分青红皂白,通过电极的电刺激侵袭作用。植入的光纤允许一致的,慢性刺激的神经回路在多个会话中保持清醒,用最少的组织损伤的小鼠行为。该系统最初是由斯巴达 。和修改,以适应我们的目的,进了一步超越了植入套管和修复光纤在…

Acknowledgements

我们想承认,这种技术最初所描述的斯巴达 ,2012年,并很容易地被使用在我们的实验室。

Materials

Name of the Reagent or Equipment Company Catalogue # Comments
LC Ferrule Sleeve Precision Fiber Products (PFP) SM-CS125S 1.25 mm ID
FC MM Pre-Assembled Connector PFP MM-CON2004-2300 230 μm Ferrule
Miller FOPD-LC Disc PFP M1-80754 For LC ferrules
Furcation tubing PFP FF9-250 900 μm o.d., 250 μm i.d.
MM LC Stick Ferrule 1.25 mm PFP MM-FER2007C-1270 127 μm ID Bore
MM LC Stick Ferrule 1.25 mm PFP MM-FER2007C-2300 230 μm ID Bore
Heat-curable epoxy, hardener and resin PFP ET-353ND-16OZ  
FC/PC and SC/PC Connector Polishing Disk ThorLabs D50-FC For FC ferrules
Digital optical power and Energy Meter ThorLabs PM100D Spectrophotometer
Polishing Pad ThorLabs NRS913 9″ x 13″ 50 Durometer
Aluminum oxide Lapping (Polishing) Sheets: 0.3, 1, 3, 5 μm grits ThorLabs LFG03P, LFG1P, LFG3P, LFG5P  
Standard Hard Cladding Multimode Fiber ThorLabs BFL37-200 Low OH, 200 μm Core, 0.37 NA
Fiber Stripping Tool ThorLabs T10S13 Clad/Coat: 200 μm / 300 μm
SILICA/SILICA Optical Fiber Polymicro Technologies FVP100110125 High -OH, UV Enhanced, 0.22 NA
1×1 Fiberoptic Rotary Joint doric lenses FRJ_FC-FC  
Mono Fiberoptic Patchcord doric lenses MFP_200/230/900-0.37_2m_FC-FC  
Heat shrink tubing, 1/8 inch Allied Electronics 689-0267  
Heat gun Allied Electronics 972-6966 250 W; 750-800 °F
Cotton tipped applicators Puritan Medical Products Company 806-WC  
VetBond tissue adhesive Fischer Scientific 19-027136  
Flash denture base acrylic Yates Motloid ColdPourPowder+Liq  
BONN Miniature Iris Scissors Integra Miltex 18-1392 3-1/2″(8.9cm), straight, 15 mm blades
Johns Hopkins Bulldog Clamp Integra Miltex 7-290 1-1/2″(3.8 cm), curved
MEGA-Torque Electric Lab Motor Vector EL-S  
Panther Burs-Ball #1 Clarkson Laboratory 77.1006  
Violet Blue Laser System CrystaLaser CK473-050-O Wavelength: 473 nm
Laser Power Supply CrystaLaser CL-2005  
Dumont #2 Laminectomy Forceps Fine Science Tools 11223-20  
Probe Fine Science Tools 10140-02  
5″Straight Hemostat Excelta 35-PH  
Vise with weighted base Altex Electronics PAN381  

References

  1. Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neuronal activity. Nat Neurosci. 8, 1263-1268 (2005).
  2. Arenkiel, B. R. In Vivo Light-Induced Activation of Neural Circuitry in Trangenic Mice Expressing Channelrhodopsin-2. Neuron. 54, 205-218 (2007).
  3. Gradinaru, V. Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics. Cell. 141, 165-16 (2010).
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  9. Stuber, G. D. Excitatory transmission from the amygdala to nucleus accumbens facilitates reward seeking. Nature. 475, 377-380 (2011).
  10. Liu, X. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature. 484, 381-385 (2012).

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Cite This Article
Ung, K., Arenkiel, B. R. Fiber-optic Implantation for Chronic Optogenetic Stimulation of Brain Tissue. J. Vis. Exp. (68), e50004, doi:10.3791/50004 (2012).

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