تهدف الطريقة المبينة أدناه إلى توفير بروتوكول شامل لإعداد جراحة الأعصاب غير البشرية (NHP) باستخدام مزيج جديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) واستخراج بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
صندوق أدوات قائم على التصوير بالرنين المغناطيسي للتخطيط لجرّة الأعصاب في الرئيسيات غير البشرية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
في هذه الورقة، نحدد طريقة للتحضير الجراحي الذي يسمح للتخطيط العملي لمجموعة متنوعة من جراحات الأعصاب في NHPs فقط باستخدام البيانات المستخرجة من التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يسمح هذا البروتوكول لتوليد نماذج جسدية دقيقة تشريحية ثلاثية الأبعاد للدماغ والجمجمة ، بالإضافة إلى نموذج جل أجاروز للدماغ الذي ينمّر بعض الخصائص الميكانيكية للدماغ. ويمكن استخراج هذه النماذج من التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام برنامج استخراج الدماغ لنموذج الدماغ، ورمز مخصص لنموذج الجمجمة. ويستفيد بروتوكول الإعداد من أحدث تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع أدمغة مُتشابكة وجماجم وقوالب لنماذج مخ هلامية. يمكن استخدام نماذج الجمجمة والدماغ لتصور أنسجة الدماغ داخل الجمجمة مع إضافة استئصال القحف في التعليمات البرمجية المخصصة ، مما يسمح بإعداد أفضل للعمليات الجراحية التي تشمل الدماغ مباشرة. تم تصميم تطبيقات هذه الطرق للعمليات الجراحية التي تشارك في التحفيز العصبي والتسجيل وكذلك الحقن ، ولكن براعة النظام تسمح للتوسع في المستقبل للبروتوكول وتقنيات الاستخراج والنماذج لنطاق أوسع من العمليات الجراحية.
المقدمة
وقد تم بحث الرئيسيات خطوة محورية في تطور البحوث الطبية من النماذج الحيوانية إلى التجارب البشرية1,2. هذا هو الحال خصوصا في دراسة علم الأعصاب والهندسة العصبية كما أن هناك تباينا كبيرا الفسيولوجية والتشريحية بين أدمغة القوارض وتلك من الرئيسيات غير البشرية (NHP)1,2,3. مع التكنولوجيات الوراثية الناشئة مثل علم الكيمياء، optogenetics، والتصوير الكالسيوم التي تتطلب التعديل الوراثي للخلايا العصبية، وقد اكتسبت بحوث الهندسة العصبية دراسة وظيفة العصبية في NHP اهتماما خاصا كنموذج قبل الظهر لفهم وظيفة الدماغ2،
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
تمت الموافقة على جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوان من قبل معهد جامعة واشنطن لرعاية الحيوانات واستخدامها. استخدم اثنان من المكاك الريسوس الذكور (القرد H: 14.9 كجم و 7 سنوات من العمر، القرد L: 14.8 كجم و 6 سنوات).
1. الحصول على صورة
- نقل القرد إلى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T ووضع الحيوان في إطار مستراتيكسيكي متوافق مع MR(جدول المواد).
- تسجيل T1 القياسية (زاوية الوجه = 8° ، وقت التكرار / صدى الوقت = 7.5/3.69 ث ، حجم المصفوفة = 432 × 432 × 80 ، مدة الاستحواذ = 103.7 s ، Multicoil(جدول المواد)، عدد المتوسطات = 1 ، سمك الشريحة = 1 مم) صور MR تشريحية.
ملاحظة: لعزل الجمجمة الناجحة، استخدم....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
وقد استخدم التلاعب وتحليل التصوير بالرنين المغناطيسي كإجراء تخطيط استئصال القحف قبل الجراحة بنجاح فيالماضي 2،5،10،16. ومع ذلك، فقد تعززت هذه العملية إلى حد كبير بإضافة النمذجة ثلاثية الأبعاد للدماغ والجمجمة والاستئصال القحفي. كنا قادرين على خلق بنجاح نموذج جسدي دقيق تشريحيا من الدماغ التي تعكس منطقة الاهتمام لدراساتنا(الشكل 1). وبالمثل كنا قادرين على خلق نموذج جسدي.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
توضح هذه المقالة مجموعة أدوات للتحضير لجرّاح الأعصاب في NHPs باستخدام النماذج الفيزيائية و CAD لتشريح الجمجمة والدماغ المستخرجة من فحوصات MR.
في حين تم تصميم نماذج الجمجمة والمخ المطبوعة ثلاثية الأبعاد المستخرجة والمستخرجة من 3D خصيصًا لإعداد عمليات استئصال القحف وزرع الرأس ، فإن المنهجية تصلح للعديد من التطبيقات الأخرى. كما هو موضح من قبل ، يسمح النموذج المادي للجمجمة بالثني المسبق لرُش الرأس قبل الجراحة ، مما يخلق نوبة جيدة مع الجمجمة. وعلاوة على ذلك، يمكن استخدام الجمجمة المستخرجة من التصوي.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ولا يوجد لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح للكشف عنه في الوقت هذا الوقت.
شكر وتقدير
وقد تم دعم هذا المشروع من قبل معهد يونيس كينيدي شيفر الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت رقم K12HD073945، ومركز واشنطن الوطني لبحوث الرئيسيات (WaNPCR، P51 OD010425)، ومركز التكنولوجيا العصبية (CNT، مركز أبحاث الهندسة التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم تحت منحة EEC-1028725) وجامعة واشنطن المتخصصة في الأبحاث. وجاء تمويل مختبرات ماكنك ومارتينيز كوندي لهذا المشروع من مبادرة BRAIN NSF-NCS جائزة 17348887، فضلا عن جوائز NSF 1523614 & 1829474، وSY الإمبراطورية المنح المبتكرة لكل أستاذ. نشكر كرم الخطيب على مساعدته في إعداد أغاروز، وتوني جي هوان على المساعدة الفنية.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد (GrabCAD Print) | Stratasys | الإصدار 1.36 | يستخدم للطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة |
| برنامج الطباعة ثلاثية الأبعاد (تبسيط 3D) | Simplify3D | الإصدار 4.1 | يستخدم للطباعة ثلاثية الأبعاد PLA |
| Agarose | Benchmark | Scientific A1700 | يستخدم لصنع أدمغة هلام طلاء |
| الأظافر الأسود | LA Colors | CNP637 | المستخدمة في صب |
| الجلقنية (معرف 450 أم ، OD 666 أم) | 1068150625 | Polymicro Technologies | لحقن الصبغة في |
| موصل قسطرة | الهلامي B Braun | PCC2000 | Perifix ل 20-24 قسطرة فوق الجافية Gage ؛ الوحدات لكل Cs 50 |
| Dremel 3D Digilab 3D45 طابعة | Dremel | F0133D45AA | تستخدم للنماذج الأولية في جيش التحرير الشعبى |
| الصينى ECOWORKS | Stratasys | 300-00104 | تستخدم لإذابة هياكل دعم QSR |
| قارورة Erlymeyer | Pyrex | 4980 | تستخدم لقولبة الهلام |
| إيثيل سيانوا أكريليت | شركة Super Glue الأصلية. | 15187 | تستخدم لصنع قنية |
| مدمجة أسطوانة | متدرجة 3023 | تستخدم لصب الهلام | |
| HATCHBOX PLA خيوط طابعة ثلاثية الأبعاد | 3DPLA-1KG1.75-RED / 3DPLA-1KG1.75-BLACK | 1 كجم بكرة ، 1.75 مم ، أحمر / أسود | |
| جراد فول صمغ | مودنر مخزن | 1018 | عامل صمغ لمخاليط الدماغ الهلامية |
| MATLAB | MathWorks | R2019b | المستخدمة ل استخراج الجمجمة |
| ماكورميك أصفر لون الطعام | ماكورميك | يستخدم لحقن الصبغة | |
| الميكروويف | باناسونيك | NN-SD975S | يستخدم لعلاج الاغاروز |
| برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي (3D قطاعة) | 3D Slicer | الإصدار 4.10.2 | يستخدم لجيل نموذج 3D |
| برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي (Mango مع البرنامج المساعد BET) | Reasearch Imaging Institute | الإصدار 4.1 | المستخدم للدماغ استخراج |
| نظام التصوير بالرنين المغناطيسي Philips Acheiva | Philips | 4522 991 19391 | يستخدم لتصوير الرئيسيات غير البشرية |
| محلول الفوسفات المخزن | Gibco | 70011-044 | 10X مخفف بماء DI إلى مضخة 1X |
| WPI | UMP3T-1 | تستخدم لحقن الصبغة | |
| سائق مضخة | WPI | UMP3T-1 | تستخدم لحقن الصبغة |
| ثلاجة | جنرال إلكتريك | تستخدم للحفاظ على هلام الاغاروز | |
| الملعقة العلمية | VWR | 82027-494 | تستخدم لاستخراج قوالب الهلام |
| SolidWorks | Dassault Systemes | 2019 | |
| Stratasys ABS-M30 خيوط | Stratasys | 333-60304 | تستخدم للطباعة ثلاثية الأبعاد عالية |
| الجودة Stratasys F170 طابعة ثلاثية الأبعاد | Stratasys | 123-10000 | تستخدم للطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الجودة |
| دعم Stratasys QSR | Stratasys | 333-63500 | يستخدم لإنشاء دعامات مع نموذج ABS |
| حقنة | SGE | SGE250TLL | تستخدم لحقن الصبغة |
المراجع
- Phillips, K. A., et al. Why primate models matter. American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).
- Macknik, S. L., et al. Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates. Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
استكشف المزيد من المقالات
التخطيط للجراحة العصبية القائم على التصوير بالرنين المغناطيسينموذج دماغ رئيسيات غير بشريةنموذج جمجمة مطبوع ثلاثي الأبعادنموذج دماغ من هلام الآجاروزبرنامج استخراج الدماغنمذجة برمجية مخصصةمحاكاة عملية فتح الجمجمةبروتوكول الحقن بالتوجيهات التجسيميةربط النماذج الماديةمجموعة أدوات التحضير للجراحة العصبية
