على نطاق واسع التسجيل من الخلايا العصبية بواسطة مجسات سيليكون المنقول في يتصرفون القوارض

مرحباً شين، معك مونتي من مختبر Bija. سأوضح لك اليوم كيفية استخدام مسابير السيليكون لإجراء تسجيلات كهروباليزيولوجية عالية الكثافة لنشاط الوحدات وجهد المجال المحلي في الجرذ المستيقظ والسلوكي. سأريك كيفية صنع محرك دقيق صغير وتثبيت مسبار سيليكون عليه، ثم زرع المسبار في الدماغ لإجراء تسجيلات مزمنة.

تعد هذه العملية مباشرة إلى حد كبير، ولكنها تتضمن عدداً من الخطوات. لذا، فلنبدأ الآن. إليكم مجموعة صغيرة من المحركات الدقيقة (micro drives) الخاصة بالجرذان والفئران، والتي تشمل محركات لنقل أسلاك مفردة متعددة، ومجسات t-probe ومجسات السيليكون التي قمنا بتصميمها وتصنيعها على مدار السنوات الماضية.

يمكن توصيل مجسات السيليكون بلوحات دوائر مطبوعة صلبة أو كابلات بولي أميد مرنة. سنوضح لكم هنا كيفية تثبيت هذا المجس رباعي السن على محرك دقيق. ولتجهيز المحرك، نحتاج إلى صفيحة نحاسية، وريشة مثقاب مقاس 55 و 65، ومسنن لولبي، وموصل دبابيس صف واحد، وبرغي 0 0 90 مع الصامولة المقابلة له، وحامل ريشة المثقاب، ومفك براغي.

تتمثل الخطوة الأولى في فصل قطعة مكونة من ثلاثة دبابيس من الرأس. اسحب الدبوس الأوسط برفق، ثم قم بتوسيع الثقب عن طريق الحفر فيه باستخدام ريشة مثقاب مقاس 65. بعد ذلك، قم بتشكيل سن لولبي باستخدام المسرى.

قُم بقص قطعتين من الصفيحة النحاسية. ابرد حواف الصفيحة باستخدام مثقاب Dremel، واصنع ثقباً في منتصف كلا القطعتين باستخدام ريشة مثقاب مقاس 55. يتم تجميع المحرك مؤقتاً بحيث تلامس الصفائح النحاسية المسامير، ثم أحكم ربط البراغي برفق حتى يصبح التجميع مستقراً.

تُخرج نهايات المسامير ثم تُلحم في الصفائح النحاسية. أصبح المحرك الدقيق جاهزاً تقريباً؛ حيث يتم برد الطرف البارز للمسمار ولحامه في المسمار. وبذلك، حصلنا على محرك دقيق فائق الخفة.

سيؤدي التدوير في اتجاه عقارب الساعة إلى رفع الجسر البلاستيكي. يمكن توصيل مسبار السيليكون بالمحرك عبر مكونين. وزن المطاط الواقي من الحرير.

امزج المكونات بنسبة 10 إلى 1. وباستخدام مسحة قطنية مدببة، ضع هذا الواقي على الطرف العلوي للمسبار. واتركه ليجف في فرن مسخن مسبقاً عند 60 °C لمدة ساعتين على الأقل.

لضمان خلو مواقع التسجيل من أي شوائب، يجب تنظيف الرؤوس. قم بتحضير تخفيف رباعي من المنظف. اترك المسبار منغمساً في المنظف عند درجة حرارة 63 °C لمدة ساعتين على الأقل.

يجب شطف المنظف عن طريق غمس المسبار بشكل متكرر في ماء مقطر قبل تثبيته في وحدة التشغيل. كما يجب فحص معاوقة كل موقع تسجيل باستخدام شفرة حلاقة. قم بعمل عدة حزوز في الجسر لإنشاء سطح خشن باستخدام جهازي تلاعب دقيق (micro manipulators).

يتم وضع المسبار في مواجهة جسر وحدة التشغيل. ثم يُثبَّت المسبار على الجسر باستخدام أسمنت تثبيت قبل الجراحة. ويتم تحضير الأقطاب المرجعية والأرضية.

قم بلحام أحد طرفي سلك نحاسي معزول لمسافة حوالي 1 مليمتر. وباستخدام إبرة، قم بكشط رأس برغي من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس 0 0 90، ثم لحم السلك النحاسي به. احرص بدقة على عدم تدفق أي مادة لحام إلى أخدود البرغي.

قم بقص قطع شبه منحرفة من الشبكة النحاسية. سيتم تجميع هذه القطع لحماية مرحلة الرأس. الأدوات الجراحية وطرق التحضير هي ذاتها المستخدمة في العديد من جراحات الحيوانات الصغيرة.

يرجى ملاحظة أن الجراحة المعروضة في هذا الفيديو هي لأغراض التوضيح فقط، ولضمان الرؤية والتصوير المناسبين. هناك العديد من الخطوات التحضيرية، والاحتياطات الجراحية، والإجراءات التالية للجراحة التي لم يتم عرضها هنا. يرجى مراجعة الإرشادات المناسبة الخاصة بجراحة القوارض.

تُجرى الجراحة بأكملها تحت تأثير الغاز والتخدير مع اتباع الظروف المعقمة. وبعد إجراء شق جلدي في الخط الناصف، يتم إزالة الجلد والسمحاق ثم تنظيف الجمجمة وتجفيفها. ويتم قياس الموقع والمسافة بين lambda و bregma، بحيث يمكن تحديد إحداثيات X و Y للموضع وتحديدها على الجمجمة قبل فتحها.

لغرس المسبار، يتم تثبيت عدة براغي حتى منتصفها في العظم، وذلك في كل من الجزء العلوي والجانبي، كما يتم تجهيز ثقوب فوق العظم لإدخال الأقطاب الكهربائية. تُعد البراغي المتعددة ضرورية لتثبيت مرحلة الرأس بالجمجمة في التجارب المزمنة طويلة الأمد. وباستخدام فرشاة صغيرة، يتم وضع منشط الميتامير على سطح الجمجمة بالكامل.

ثم اشطفه بمحلول ملحي. بعد ذلك، يتم وضع طبقة من الإسمنت السني بعناية لتغطية مسار السلسلة. ثم يتم تثبيت flaps النحاسية الأربعة في الجمجمة باستخدام الإسمنت.

لقد وصلنا الآن إلى الجزء الأكثر حرجاً من الجراحة، وهو تحضير موقع زرع المسبار باستخدام ريشة مثقاب مستديرة الرأس. يتم الثقب على مراحل متعددة مع ري العظم باستمرار بالمحلول الملحي.

تتم إزالة السديلة العظمية بعناية ويتم غسل السطح لإزالة البقايا العظمية (zura). يتطلب ذلك أداتين: خُطاف مُجهز من إبرة حشرة، وشفرة مشرط حادة للرفع والقطع. ويمكن معالجة النزيف الطفيف عن طريق الري بمحلول ملحي.

في حال حدوث نزيف حاد أو إذا تضرر القشر المخي الحديث بأي شكل من الأشكال، ينبغي النظر في إنهاء الجراحة وتجهيز حيوان آخر. والآن نقوم بزراعة مسبار السيليكون. يجب إدخال المسبار في منطقة خالية من الأوعية الدموية، مع استخدام خط توقف للسيطرة على النزيف الطفيف.

يتم وضع المسبار على ارتفاع مليمتر واحد تقريبًا فوق الهدف المنشود. يتم إغلاق الفتحة عن طريق وضع خليط دافئ مصهور من البارافين والزيت المعدني. يتم تثبيت قاعدة المحرك في جمجمة Cortes باستخدام إسمنت التثبيت.

يتم تثبيت الجزء الرابط من المسبار بشكل مماثل في الجمجمة. وتتمثل المرحلة النهائية والحرجة من الجراحة في تجميع سدائل من الشبكة النحاسية لتكوين أسطوانة واقية حول المسبار والمحرك. كما تعمل هذه الأسطوانة كدرع كهربائي ضد الضوضاء البيئية والتشويشات ذات الموجات البطيئة الناتجة عن الشعيرات المشحونة.

في الحيوان الحي، يمكن ضبط الارتفاع عن طريق قطع المواد الزائدة. يتم لحام السلك الواصل من المرجع إلى الأرضي في الدبابيس المناسبة للموصل. كما يتم لحام الأرضي بالشبكة النحاسية.

يتم توصيل سدائل النحاس عن طريق اللحام وتعزيزها بالإسمنت. وتُختبر حركة برغي الدفع مرة أخرى في نهاية الجراحة، مع تغطية الجزء العلوي من مرحلة الرأس بقطعة مقصوصة من قفاز مطاطي بعد تقديم الرعاية المناسبة لما بعد الجراحة. وهو حيوان سليم ومتعاون وبحالة جيدة في اليوم التالي.

للسماح بحرية حركة الحيوان، نوصي باستخدام أسلاك متعددة الاتجاهات فائقة الخفة ومرنة للغاية. يتطلب هذا الكابل الخفيف حداً أدنى من موازنة الثقل ويسمح بالحركة دون قيود. يتم اختبار جودة التسجيل يومياً في القفص المنزلي.

يتم تقدير موقع نقطة التسجيل من خلال كل من أنماط إطلاق الوحدة وشكل جهود المجال المحلي. يوضح المقطع المرئي لدينا عملية زرع مسبار سيليكون واحد، ولكن يمكن بسهولة إجراء تسجيلات من مواقع متعددة باستخدام مسابير ومحركات دفع متعددة بعد اكتساب بعض الخبرة. كما أننا نستخدم محركات دفع مماثلة ولكنها أصغر لزرع مسابير السيليكون في دماغ الفأر.

وأخيرًا، يمكن دمج تسجيلات مجسات السيليكون بفعالية مع التحفيز الضوئي الموضعي للأنسجة العصبية في تجارب علم البصريات الوراثي. شكرًا لكم على المشاهدة.