Волоконно-оптические имплантации для хронической стимуляции Optogenetic ткани головного мозга
Summary
Развитие optogenetics сейчас предоставляет средства для стимулирования именно генетически определено нейронов и схемы, как<em> В пробирке</em> И<em> В естественных условиях</em>. Здесь мы описываем сборку и внедрение волоконно-оптических хронических фотостимуляции мозговой ткани.
Abstract
Выяснение моделей нейронных соединений был вызов для обеих клинических и фундаментальных нейронаук. Электрофизиология был золотой стандарт для анализа моделей синаптические связи, но в паре электрофизиологических записей может быть как громоздкая и экспериментально ограничения. Развитие optogenetics представила элегантный способ стимулировать нейроны и схем, как в пробирке 1 и в естественных 2,3. Воспользовавшись камерного типа удельной активности промотора ездить опсина выражение в дискретных нейронных популяций, можно стимулировать именно генетически определено нейронов подтипов в различных схем 4-6. Ну описаны методы, чтобы стимулировать нейроны, в том числе электрической стимуляции и / или фармакологических манипуляций, часто камерного типа неизбирательным, инвазивные, и может привести к повреждению окружающих тканей. Эти ограничения могут изменить нормальную синаптическую функцию и / или схемы поведения. Кроме того, благодаряк природе манипуляций, современные методы часто являются острые и терминала. Optogenetics дает возможность стимулировать нейроны в относительно безобидных образом, и в генетически целевых нейронов. Большинство исследований с участием в естественных условиях optogenetics в настоящее время используется оптическое волокно направляется через имплантированные канюли 6,7, однако, ограничения этого метода включают повреждение тканей мозга при повторных вставки оптического волокна, и потенциальные поломки волокна внутри канюли. С учетом растущей области optogenetics, более надежный метод хронической стимуляции необходимо содействовать долгосрочных исследований с минимальным повреждением тканей залога. Здесь мы предлагаем нашим модифицированный протокол в качестве видео-статьи в дополнение к методу эффективно и элегантно описано в Спарте и др. 8. Для изготовления волоконно-оптических имплантата и его постоянной фиксации на черепе анестезированных мышей, а также сборки волокнооптические муфты подключения имплантата к источнику света. Имплантат, связанные с оптическими волокнами твердотельного лазера, позволяет эффективный метод хронически photostimulate функциональных нейронных цепей с меньшим повреждением ткани 9, используя небольшие съемные, ремни. Постоянная фиксация волоконно-оптических имплантатов обеспечивает постоянный, долгосрочный в естественных условиях исследования optogenetic нейронных цепей в проснулась, поведение мышей 10 с минимальным повреждением тканей.
Protocol
Discussion
Optogenetics это новая мощная техника, которая позволяет беспрецедентный контроль над конкретным нейронов подтипов. Это может быть использовано для модуляции нейронных цепей с анатомическими и временной точностью, избегая при этом камерного типа неизбирательным и инвазивные эффектов эле?…
Acknowledgements
Мы хотели бы отметить, что этот метод был впервые описан Спартой и соавт., 2012 и были легко адаптированы для использования в нашей лаборатории.
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 |
Referências
- 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).
- Arenkiel, B. R. In Vivo Light-Induced Activation of Neural Circuitry in Trangenic Mice Expressing Channelrhodopsin-2. Neuron. 54, 205-218 (2007).
- Gradinaru, V. Molecular and cellular approaches for diversifying and extending optogenetics. Cell. 141, 165-16 (2010).
- Luo, L., Callaway, E. M., Svoboda, K. Genetic dissection of neural circuits. Neuron. 57, 634-660 (2008).
- Arenkiel, B. R., Ehlers, M. D. Molecular genetic and imaging technologies for circuit based neuroanatomy. Nature. 461, 900-907 (2009).
- Zhang, F. Optogenetic interrogation of neural circuits: technology for probing mammalian brain structures. Nat. Protoc. 5, 439-456 (2010).
- Adamantidis, A. R., Zhang, F., Aravanis, A. M., Deisseroth, K., de Lecea, L. Neural substrates of awakening probed with optogenetic control of hypocretin neurons. Nature. 450, 420-424 (2007).
- Sparta, D. R. Construction of implantable optical fibers for long-term optogenetic manipulation of neural circuits. Nature Protocols. 7, 12-23 (2012).
- Stuber, G. D. Excitatory transmission from the amygdala to nucleus accumbens facilitates reward seeking. Nature. 475, 377-380 (2011).
- Liu, X. Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature. 484, 381-385 (2012).
