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        急性分離大鼠皮層神經(jīng)元的方法與體會(huì)

        2011-01-30 08:02:16,劉,紀(jì),田
        中國醫(yī)藥導(dǎo)報(bào) 2011年18期
        關(guān)鍵詞:膜片鉗腦片齊齊哈爾

        王 壯 ,劉 富 ,紀(jì) 慧 ,田 華

        1.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院成人及繼續(xù)教育學(xué)院學(xué)工辦,黑龍江齊齊哈爾 161006;2.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院解剖教研室,黑龍江齊齊哈爾 161006;3.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院辦公室,黑龍江齊齊哈爾 161006;4.齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院藥理教研室,黑龍江齊齊哈爾 161006

        近年來,研究細(xì)胞膜離子通道活動(dòng)的主要方法是膜片鉗技術(shù),而獲得活力好的神經(jīng)元便成為應(yīng)用膜片鉗技術(shù)的重要先決條件。許多離子通道研究是需要單個(gè)分散的神經(jīng)元,人工培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞易受培養(yǎng)環(huán)境的影響,自身特性改變較大,而急性分離的細(xì)胞卻能相對保持完好的生理特性[1-3]。筆者結(jié)合文獻(xiàn)并加以改進(jìn),摸索出一種簡便易行的適用于全細(xì)胞膜片鉗研究的大鼠頂葉皮層神經(jīng)元急性分離方法,現(xiàn)報(bào)道如下:

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

        Wistar大鼠,10~16 d,雌雄不限,由哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬二院動(dòng)物研究中心提供。

        1.2 試劑

        胰蛋白酶(Protease)、四乙胺(TEA)、4-氨基 吡啶(4-AP)、EGTA、HEPES、CsCl,均為 Sigma 公司產(chǎn)品,其余為國產(chǎn)分析純試劑。

        1.3 大鼠皮層神經(jīng)元的急性分離

        斷頭取大腦皮層,切成厚約0.4 mm的冠狀腦片,置于通有95%O2和5%CO2混合氣體的人工腦脊液[ACSF(mmol/L):NaCl 142, KCl 5, CaCl22, MgSO42, D-Glucose 10, HEPES 10,pH 7.3,32℃]中孵育1 h后,再在通有95%O2和5%CO2混合氣體的0.1%胰蛋白酶(用ACSF配制)溶液中消化30 min。消化好的腦片以ACSF沖洗、剪碎,以尖端拋光的Pasteur吸管(口徑分別為 500、300、150 μm)依次吹打,使組織塊分散,吹打成細(xì)胞懸液,靜置2~4 min后,吸取上清液,滴于有飽和氧細(xì)胞外液(mmol/L,NaCl 130、KCl 5.4、CaCl21、MgCl21、Glucose 25、HEPES 10、CdCl20.2,pH7.3) 的培養(yǎng)皿中, 靜置20 min細(xì)胞貼壁后進(jìn)行膜片鉗實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在20~25℃下進(jìn)行。

        1.4 全細(xì)胞記錄方

        對神經(jīng)元電生理的膜片鉗研究,要求細(xì)胞的膜光滑完整、清潔、狀態(tài)良好,破膜后對其細(xì)胞活性仍能保持很長一段時(shí)間[4]。選取狀態(tài)良好的神經(jīng)元進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。電極內(nèi)預(yù)先灌注電極內(nèi)液,通過三維微操縱儀使電極進(jìn)入細(xì)胞外液,顯示器上可見封接測試脈沖,其大小代表電極電流,并可顯示據(jù)此計(jì)算出的電極電阻,通常為2~4 MΩ。當(dāng)電極尖與細(xì)胞表面接觸時(shí),由于電極電阻的突然增加,電極電流會(huì)減小,細(xì)胞膜出現(xiàn)顫動(dòng),給予電極以一定的負(fù)壓,顯示器上的測試脈沖逐漸減小,成為直線,并出現(xiàn)大小相同、方向相反的電容瞬流,其由電極夾持器和電極管壁形成。此時(shí)電阻顯示>1 GΩ,表明形成高阻封接。調(diào)節(jié)放大器上的快電容補(bǔ)償旋鈕以抵消此電容電流。然后給予快速負(fù)壓或向細(xì)胞膜施加以一短脈沖使電極吸附處的細(xì)胞膜破裂,電極液與細(xì)胞液相通從而形成全細(xì)胞記錄。此時(shí)出現(xiàn)來自細(xì)胞膜較大的跨膜電流瞬流,調(diào)節(jié)放大器上的慢電容補(bǔ)償旋鈕和串聯(lián)電阻補(bǔ)償旋鈕以抵消電容電流和串聯(lián)電阻造成的電壓降。即可在電壓鉗模式下,進(jìn)行電流的觀察和記錄。數(shù)據(jù)分析用Clampfit 8.2軟件處理。

        2 結(jié)果

        2.1 急性分離的大鼠皮層神經(jīng)元形態(tài)學(xué)觀察

        倒置相差顯微鏡下,分離完整的神經(jīng)元表面光潔,有較強(qiáng)的光暈,而且有較長的突起。細(xì)胞胞體呈現(xiàn)錐形、橢圓形或三角形,胞質(zhì)均勻,折光性好;一般有1個(gè)頂樹突和2個(gè)或多個(gè)基數(shù)突。完整的神經(jīng)細(xì)胞在人工腦脊液中可維持其形狀6 h以上(圖 1)。

        2.2 離子通道研究

        用錐體細(xì)胞作為研究對象,利用前述標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞外液,采樣參數(shù)文件保持電位-80 mV,從-40 mV去極化到+60 mV,共10個(gè)階躍,每個(gè)階躍增加10 mV去極化,脈沖寬度為100~300 ms,刺激頻率為1 Hz。全細(xì)胞電壓鉗制條件下記錄出的原始電流如圖2A,可見電流分內(nèi)向電流和外向電流,內(nèi)向電流可被1 μmol/L河豚毒阻斷,用CsCl代替電極內(nèi)液的KCl,則外向電流被1 mmol/L 4-AP和10 mmol/L TEA大部分阻斷,向該細(xì)胞附近添加TTX和4-AP后,可以記錄到延遲整流鉀電流IK(圖2B)。在細(xì)胞外液中添加TTX和TEA后,可以記錄到瞬間外向鉀電流IA(圖2C)。

        3 討論

        3.1 動(dòng)物的選擇

        理論上鼠齡越小的大鼠皮層神經(jīng)元耐受缺氧能力越強(qiáng),活性越好,分離的效果也越好。鼠齡過大神經(jīng)元突起較多較長,分離時(shí)容易損傷,分離出來的細(xì)胞易于封接但破膜比較困難;鼠齡過小神經(jīng)元未分化成熟,記錄出的通道電流較小,且在破膜時(shí)負(fù)壓稍大即可將細(xì)胞吸入電極內(nèi)。根據(jù)本實(shí)驗(yàn),選擇鼠齡在10~16 d的幼鼠為宜,最佳時(shí)間為13 d。

        3.2 大鼠皮層神經(jīng)元的急性分離

        膜片鉗記錄成功的關(guān)鍵是分離完整的、表面光潔的、存活時(shí)間較長的錐體細(xì)胞。急性分離過程中需要注意的主要關(guān)鍵問題如下:①電極內(nèi)預(yù)先灌注電極內(nèi)液,為防止電極尖的阻塞,可對電極液進(jìn)行濾膜過濾。電極內(nèi)可以給予正壓以防止電極尖吸附灰塵和顆粒。②孵育及標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞外液pH值,酶濃度及作用時(shí)間是影響細(xì)胞狀態(tài)的關(guān)鍵應(yīng)嚴(yán)格控制。③腦片制備:取材時(shí)不要擠壓腦組織,以免造成損傷。動(dòng)作要迅速,腦片制備必須在通氧的冰ACSF中進(jìn)行,腦片對缺氧敏感,在孵育及酶處理過程中必須連續(xù)供給氧氣。通氣時(shí)注意防止腦片隨氣泡翻動(dòng)。④消化酶隨用隨配,防止酶活力下降[5-7]。酶解過程中的酶量與酶解時(shí)間要嚴(yán)格控制,酶量增加會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞消化過度,膜片鉗記錄時(shí)間縮短;酶量不足導(dǎo)致細(xì)胞消化不夠,不易破膜,難以形成全細(xì)胞膜片鉗記錄模式。⑤腦片薄厚切得要適中,過厚不利于氧氣透過造成細(xì)胞缺氧,過薄則機(jī)械性損傷較大。⑥腦片吹打[8]:選擇口徑大小合適的吹打管,從粗到細(xì)依次吹打腦片(口徑分別為 500、300、150 μm),效果較好。吸管直徑過大或過小,均會(huì)造成損傷,不能得到狀態(tài)良好的神經(jīng)元。此外,吹打腦片動(dòng)作要輕柔,否則加重細(xì)胞損傷。

        本實(shí)驗(yàn)分離的大鼠皮層細(xì)胞具有明顯的突起,細(xì)胞膜表面光潔、光暈好。用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)在急性分離的細(xì)胞上記錄到上述全細(xì)胞鈉、鉀電流,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用該方法急性分離皮層神經(jīng)元,可用于膜片鉗技術(shù)探究大腦皮層離子通道及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制,為深入了解大腦皮層的功能及其相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制和藥物治療研究奠定基礎(chǔ)。

        [1]韓濟(jì)生.神經(jīng)科學(xué)原理 [M].2版.北京:北京醫(yī)科大學(xué)出版社,1999:1084-1103.

        [2]高秀萍,張宇.大鼠海馬神經(jīng)元急性分離法[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2003,34(3):197-198.

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        [4]鄒飛,高天明,陳培熹.適用于膜片鉗研究的成年大鼠腦神經(jīng)元急性分離法[J].中國應(yīng)用生理學(xué)雜志,1995,11(1):27-81.

        [5]李剛,程立君,林凌,等.小鼠海馬神經(jīng)元急性分離和膜片鉗技術(shù)的應(yīng)用[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),2008,41(10):1157-1160.

        [6]笱玉蘭,羅利俊,陳國華,等.改良的適用于膜片鉗研究的大鼠海馬神經(jīng)元急性分離法[J].中國康復(fù),2010,25(6):416-418.

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        [8]馮冠青,趙世剛,楊雷,等.大鼠海馬錐體神經(jīng)元的急性分離方法[J].內(nèi)蒙古醫(yī)學(xué)雜志,2009,41(8):912-914.

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