Das Wierenga-Labor verwendet den MultiClamp 700B Mikroelektroden-Verstärker zur Untersuchung der molekularen Mechanismen von inhibitorischen Synapsen
UNTERNEHMEN/UNIVERSITÄT
Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour, Radboud University, Nijmegen, Niederlande
TEAM-MITGLIEDER
Prof. Dr. Corette Wierenga, Dr. Carlijn Peerboom, Ate Bijlsma, Lotte Herstel, Dr. Bart Jongbloets, Zehra Kazmi, Dr. Ségolène Bompierrr
VERWENDETE PRODUKTE
MultiClamp 700B Mikroelektroden-Verstärker
Die Herausforderung
Das Labor von Dr. Wierenga am Donders Institut konzentriert sich auf die Untersuchung der Bildung und Modulation von Gehirnverbindungen durch molekulare Signale und neuronale Aktivität. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis hemmender Synapsen, die eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Aktivierung und Informationsverarbeitung von Gehirnzellen spielen. Diese Synapsen sind für die Formung neuronaler Schaltkreise während der Gehirnentwicklung und des Lernens von entscheidender Bedeutung. Verschiedene Störungen des Gehirns, insbesondere neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus, wurden mit spezifischen Defekten in hemmenden Synapsen in Verbindung gebracht. Das Hauptziel des Teams besteht darin, die molekularen Mechanismen aufzudecken, die der Bildung und Plastizität dieser Synapsen zugrunde liegen, sowie deren Auswirkungen auf die Informationsverarbeitung im Gehirn zu verstehen.
Das Team führt Ganzzellen-Patch-Clamp-Aufnahmen durch, um zu ermitteln, wie sich synaptische Veränderungen auf hemmende Ströme auswirken und wie die intrinsische Anregbarkeit durch Veränderungen der Ionenkanäle beeinflusst wird. Sie führen Ableitungen von einzelnen Gehirnzellen durch und kombinieren häufig Elektrophysiologie-Messungen mit fortschrittlichen Mikroskopietechniken, bei denen sie Veränderungen in lebenden Gehirnzellen im Zeitverlauf verfolgen. Diese Experimente sind technisch anspruchsvoll und hängen entscheidend von stabilen und zuverlässigen elektrophysiologischen Aufzeichnungen ab.
Die Lösung
Zur Messung der kleinen Ströme, die von Synapsen erzeugt werden, verwendet das Team den MultiClamp 700B Mikroelektroden-Verstärker. Das Wierenga-Team hat eine Zwei-Photonen-Glutamat-Entfesselung durchgeführt, um einzelne anregende Synapsen zu aktivieren, wobei sie Biosensoren zur Überwachung intrazellulärer Signalmoleküle wie Kalzium, Chlorid und cAMP/PKA einsetzen. Prof. Dr. Wierenga und ihr Team integrieren seit über einem Jahrzehnt erfolgreich Elektrophysiologie und moderne Mikroskopie.
- CA1-Pyramidenzelle, die über die Patch-Pipette mit einem Fluoreszenzfarbstoff (rot) gefüllt wurde, wodurch ihre Dendritenstruktur sichtbar wird. Das Team untersucht die Interaktionen dieser anregenden Pyramidenzelle mit den umliegenden hemmenden Neuronen (grün).
Axon Instruments Patch-Clamp-Verstärker
Verwendete Produkte
Die Axon Instruments® Serie von Verstärkern liefert klassenbeste Lösungen für das gesamte Spektrum von Patch-Clamp-Experimenten. Das Portfolio an Verstärkern umfasst den Axopatch™ 200B für extrem rauscharme Einzelkanalaufzeichnungen, den MultiClamp™ 700B für Whole-Zelle-Voltage-Clamp- und Hochgeschwindigkeits-Current-Clamp-Aufzeichnungen und den Axoclamp™ 900A für Zwei-Elektroden-Voltage-Clamp- und Current-Clamp-Aufzeichnungen.
Die Ergebnisse
In einer aktuellen Studie untersuchte das Team Veränderungen in synaptischen Verbindungen, die mit neurologischen Entwicklungsstörungen in Verbindung stehen (Peerboom et al., 2023). Um diese Störungen zu simulieren, lösten sie in kultivierten Hirnschnitten eine Entwicklungsverzögerung aus, die den bei neurologischen Entwicklungsstörungen beobachteten Verzögerungen ähnelt. Durch elektrophysiologische Aufzeichnungen verfolgten sie in diesen Schnitten den Entwicklungsverlauf der synaptischen Verbindungen und die Feuerungseigenschaften der sich entwickelnden Gehirnzellen. Diese Experimente liefern wertvolle Einblicke in die komplizierte Natur der neurologischen Entwicklungsstörungen und bringen Licht in deren Komplexität. In künftigen Studien ist geplant, die Verbindung zwischen elektrophysiologischen Veränderungen und spezifischen Verhaltensänderungen (Bijlsma et al., 2023) sowie neurologischen Entwicklungsstörungen zu stärken.