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脑片膜片钳实验方法(一)

2020.7.27

1966年,Yamamoto和McIlwain首次在脑片上记录了电生理活动(1966a, b),证实了脑组织在体外也能存活,并保持很好的活性状态。此后,该方法在生理学研究中的应用越来越广泛,并为中枢神经系统生理和药理学领域突飞猛进的发展奠定了基础。1989年,Blanton将脑片电生理记录与细胞的膜片钳记录结合起来,建立了脑片膜片钳记录技术,这为在细胞水平研究中枢神经系统离子通道或受体在神经环路中的生理和药理学作用及其机制提供了可能性。

在脑片电生理记录中,实验者可以按不同的实验目的直接准确地改变脑片灌流液的成份和条件,如温度、酸度和渗透压、通氧状态、以及离子通道或细胞信号转导通路的阻断剂等;另外,实验者还能借助显微镜准确地放置记录电极和刺激电极,同时,可借助一些特殊的加药装置,将一定浓度的药物加到整个脑片或是脑片上的特定区域上,研究电信号沿神经环路的传递规律。在电生理学实验结束后,活性较好的脑片还可用于生物化学或解剖学的分析。这些优点使实验者能获得准确的神经生理学的研究结果,也是其应用较在位大脑广泛的原因所在。

海马脑片是中枢神经系统研究中应用最为广泛标本之一。其原因有以下几点:1、海马与脑的其它部位相对隔离,较易剥离,且剥离后受到的损伤较小;2、海马具有高度分化的片层结构,一方面,海马神经环路在片层中的分布有一定的空间规律,如锥体细胞胞体分布在锥体细胞层,而雪氏侧支突触分布于辐射层,且海马中存在一个三突触联系的回路,即穿通纤维-齿状回颗粒细胞层、苔状纤维-CA3区锥体细胞层、雪氏侧支-CA1区锥体细胞层等,因此,在海马中可以较准确地记录到特定神经元或突触的反应;另一方面,这种板层结构有利于解释在某一部位记录到的细胞外场电位的意义。这些都使海马成为电生理学研究的理想标本。本文对海马脑片膜片钳的操作规程及注意事项总结如下。

一、海马脑片的制备

脑片制备中,海马分离应在断头后10分钟内完成,5~6分钟为宜。在分离海马时,还应注意不要扭转或撕扯海马,更不要损伤海马。分离海马的速度和质量是保证海马脑片制备成功的关键所在。

评价脑片活性最简单的方法是记录脑片上的群峰。在一个状态良好的脑片上记录到的群峰在一个很宽的刺激强度范围内始终是单峰的。出现多个群峰往往提示抑制性突触功能已受损,这是脑片最早的病理生理学改变。如果仅存在突触前纤维群峰(Fiber Volley, FV),或FV峰大于突触后反应,这提示脑片活性极差,有活性的突触已所剩无几,为激发突触反应需要更多的突触前纤维参与,需中止实验。在活性较好的脑片中,FV峰几乎探测不到,或远远小于突触后反应。

有时会莫名其妙地出现一些问题,突触标本中突触后神经元看上去状态良好,但做了很多天甚至几周都没有得到有用的数据。在这种情况下,须要耐心地思考失败的原因,并设法解决。首先,应该检查溶液,用其它实验室制备的标本或更换实验动物。对于脑片的制备而言,切片机出现的机械故障会损坏脑片的质量。总之,在实验的全过程中能尽量注意每一个细节问题,出现问题后反复尝试,实验就会容易起来。

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