脳のスライスにおけるニューロンの研究のための自動化された画像誘導パッチクランプの適用

全細胞パッチクランプは、単一のセルの電気特性を測定するための金標準法です。ただし、in vitroパッチクランプは、その複雑さとユーザーの操作と制御への依存度が高いため、挑戦的で低スループットの技術のままです。この原稿は、急性脳スライスでのin vitro全細胞パッチクランプ実験のための画像誘導自動パッチクランプシステムを示しています。当社のシステムは、コンピュータービジョンベースのアルゴリズムを実装して、蛍光標識された細胞を検出し、マイクロマニピュレーターと内部ピペット圧力制御を使用して完全に自動パッチングするためにそれらを標的にします。プロセス全体は高度に自動化されており、人間の介入に関する要件が最小限に抑えられています。電気抵抗や内部ピペット圧力を含むリアルタイムの実験情報は、将来の分析と異なる細胞タイプへの最適化のために電子的に文書化されています。私たちのシステムは、急性脳スライス記録のコンテキストで説明されていますが、解離ニューロン、器官型スライス培養、およびその他の非神経細胞タイプの自動化された画像誘導パッチクランプにも適用することができます。

Whole-cell patch clamp is the gold-standard method to measure the electrical properties of single cells. However, the in vitro patch clamp remains a challenging and low-throughput technique due to its complexity and high reliance on user operation and control. This manuscript demonstrates an image-guided automatic patch clamp system for in vitro whole-cell patch clamp experiments in acute brain slices. Our system implements a computer vision-based algorithm to detect fluorescently labeled cells and to target them for fully automatic patching using a micromanipulator and internal pipette pressure control. The entire process is highly automated, with minimal requirements for human intervention. Real-time experimental information, including electrical resistance and internal pipette pressure, are documented electronically for future analysis and for optimization to different cell types. Although our system is described in the context of acute brain slice recordings, it can also be applied to the automated image-guided patch clamp of dissociated neurons, organotypic slice cultures, and other non-neuronal cell types.