Samtidig Elektro Opptak og Micro-injeksjoner av hemmende midler i gnager 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 for bygging av en engangs "injectrode" ved hjelp av kommersielt tilgjengelige og rimelige deler. Sentret system ble utviklet som tillater injeksjon av et medikament ved opptak av elektrofysiologiske signaler fra den berørte neuronal populasjon. Denne metoden tilveiebringer en enkel og økonomisk alternativ til kommersielle løsninger. Et glass pipette ble modifisert ved å kombinere den med en kanyle og en sølvtråd. Den injectrode er knyttet til kommersiell mikrosprøyte pumpe for levering av legemidler. Dette resulterer i en teknikk som gir sanntids farmakodynamikk tilbakemeldinger gjennom multi-unit ekstracellulære signaler som stammer fra stedet til levering av legemidler. Som et bevis på konseptet, registrerte vi neuronal aktivitet fra den overlegne colliculus utløst av lysglimt i rotter, samtidig med levering av legemidler gjennom injectrode. Den injectrode opptakskapasitet tillater den funksjonelle karakterisering av den injection stedet favorisere presis kontroll over lokalisering av levering av legemidler. Anvendelsen av denne metoden også strekker seg langt utover det som er vist her, som valg av kjemiske stoffet lastes inn i injectrode er enorme, inkludert sporing markører for anatomiske eksperimenter.
Introduction
Inaktivering av kortikale områder og subkortikale kjerner er viktig i studiet av funksjonelle relasjoner mellom ulike strukturer i hjernen 2-4. Nyere litteratur har anvendt tap-av-funksjon kjemiske eller kryogene teknikker for å studere rollen til hjernestrukturer 2,5. Med hensyn til farmakologiske microinjections, kan små mengder av medikamenter administreres til en hjerneregion ved en kontrollert hastighet samtidig som utilsiktet skade på det omgivende vev 6,7. Denne teknikken kan brukes til å levere spesifikke agonister, inverse agonister eller antagonister for å studere effekten av forskjellige farmakologiske mål på neuronal aktivitet. Slike effekter kan også bli studert ved å måle endringer i nevronale svar fra fjerne steder, slik at forskerne å studere sammenhenger mellom ulike kortikale og subkortikale strukturer.
Her viser vi montering av en enhet, injectrode, kan both opptak elektrofysiologiske signaler og levere små mengder narkotika på målet stedet. Vi viser egenskapene til dette systemet ved å injisere GABA, en felles inhibitor av neuronal aktivitet hos rotte superior colliculus. Denne regionen er følsom for visuell stimulering, som tillot oss å bruke visuelt fremkalt multiunit aktivitet for å bekrefte injectrode lokalisering. Reversibilitet av inaktivering ble bestemt ved gjenvinning av normal neuronal aktivitet etter slutten av GABA injeksjon.
Evnen til å overvåke flere enheter aktivitet fra injeksjonsstedet gir mulighet for finjustering av injeksjonsmengder og volumer for å oppnå den ønskede farmakodynamiske respons. Derfor er en fordel med denne teknikken potensialet begrensning av vevsskade forårsaket av microperfusion, ettersom de minste effektive volum injisert. Den foreslåtte protokollen gir en kostnadseffektiv metode for å generere engangs hardware imidlertid nødvendigy for gjennomføre eksperimenter der levering av legemidler og lokal neuronal aktivitet opptak er ønskelig.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den foreslåtte protokollen ble utviklet for å løse utfordringer som følge av dagens reversible inaktive metoder. Spesielt dette prosjektet tar sikte på å avgrense de metoder som brukes for kjemiske microinjections av stoffer modulerende nevrale aktiviteten, spesielt i dype strukturer i hjernen. En teknisk utfordring dukker opp fra denne typen oppsett er behovet for begge sondene skal colocalized i samme begrenset plass in vivo for å utlede presise opptak på injeksjonsstedet. Dette problemet kan løses v…
Disclosures
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. 신경과학. 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).
