الجراحة التجسيمية للقوارض

تُعد الجراحة التجسيمية تقنية قوية تُستخدم للتعامل مع الدماغ في الحيوانات الحية. ويطرح استهداف المناطق العميقة داخل الدماغ السليم مشكلة فريدة تتمثل في عدم القدرة عادةً على تحديد الهدف الجراحي بصرياً. لذا، تم ابتكار التجسيم أو الجراحة التجسيمية لاستهداف مناطق محددة من الدماغ من خلال معرفة علاقاتها المكانية بعلامات مرجعية مرئية. وباستخدام نظام إحداثيات ثلاثي الأبعاد، يمكن توجيه الأدوات إلى مواقع محددة لقياس نشاط الدماغ، أو إحداث آفة، أو إجراء تعديلات جينية. سيتناول هذا الفيديو مبادئ الجراحة التجسيمية، ويستعرض الخطوات الأساسية للإجراء، ويناقش التطبيقات المختلفة لهذه التقنية.

قبل مناقشة التفاصيل الإجرائية، دعنا نراجع المبادئ الأساسية والأدوات الخاصة بهذه التقنية. في البداية، تعتمد التقنية التجسيمية (stereotaxy) على تحديد موقع المنطقة المستهدفة من الدماغ على محور ثلاثي الأبعاد. ولهذا الغرض، يُستخدم أطلس تجسيمي (stereotactic atlas)، وهو عبارة عن إعادة بناء ثلاثية الأبعاد للدماغ تم الحصول عليها من مقاطع متسلسلة لأدمغة مصبوغة.

في إطار المرجعية هذا، يتم التعبير عن العلاقات المكانية باستخدام مجموعة من 3 محاور: الأمامي-الخلفي، والإنسي-الوحشي، والظهري-البطني. لتحديد موقع المنطقة ذات الاهتمام، ابحث عن منطقة الدماغ المناسبة في الأطلس واستخدم الشبكة لحساب الإحداثيات الوحشية-الإنسية والظهرية-البطنية المقابلة. ويتم الحصول على الإحداثي الأمامي-الخلفي من أسفل أو أعلى الصفحة. يتم قياس هذا الإحداثي من علامات تشريحية على الجمجمة تتكون من تقاطعات الصفائح العظمية، والتي تُعرف بالدروز (sutures). وتُعرف العلامة التشريحية الأكثر بروزاً، وهي البريغما (bregma)، بأنها نقطة تقاطع الدرز السهمي مع الدرز الإكليلي. أما النقطة المعروفة باسم لامبدا (lambda) فهي أكثر خلفية، حيث يتقاطع الدرز السهمي مع الدرز اللامبدويد.

لضمان الاستهداف الدقيق للموقع المحسوب أثناء الجراحة، يُستخدم جهاز يُعرف باسم الإطار التجسيمي (stereotaxic frame). يتكون الإطار من الإطار الرئيسي، والمناور الدقيق (micromanipulator)، وحامل المسبار الذي يكون متصلاً بمشبك التثبيت. وتعمل قضبان القواطع والأذنين على ملامسة الحيوان من أجل تثبيت الرأس في وضع ثابت. يُستخدم المناور الدقيق لتحريك المسابر الجراحية بدقة إلى إحداثيات محددة مسبقاً داخل الدماغ، وهو مجهز بمقاييس ورنييه (Vernier scales) منزلقة لقياس المسافات بدقة في جميع الأبعاد الثلاثة.

لقراءة مقياس ورنييه، حدد أولاً موقع الخط 0 بالنسبة لعلامات التدريج الموجودة على الجانب الأيمن من المقياس. يتم تقسيم هذا الجانب من المقياس بزيادات قدرها 10 مليمترات، بحيث يمثل الرقم 1 قيمة 10 والرقم 2 قيمة 20. يشير موقع العلامة 0 هنا إلى أن القراءة تقع بين 10 و 11 mm. ولتحديد الرقم الأول على يمين الفاصلة العشرية، ابحث عن الخط في المقياس الأيسر الذي يتطابق بشكل أفضل مع علامة على الجانب الأيمن. استخدم المقياس الأيسر لتحديد قيمة هذه العلامة، والتي تكون في هذه الحالة 9، مما يجعل القراءة النهائية 10.9 mm.

لقد أصبحت الآن على دراية بالمبادئ الأساسية للتوجيه التجسيمي (stereotaxy)، لذا دعنا نراجع كيفية تنفيذ الإجراء الجراحي. قبل الجراحة، يتم حلق فروة رأس الحيوان المخدر وتطهيرها. ولتثبيت الحيوان في مكانه على إطار التوجيه التجسيمي، يتم وضع قضبان الأذن بلطف في الأذنين، ووضع الأسنان الأمامية في قضبان القواطع. كما يتم وضع مرهم للعين لمنع جفاف القرنية أثناء الجراحة.

لكشف الجمجمة، قم بعمل شق صغير باستخدام المشرط. افصل الأنسجة العضلية بلطف ونظف سطح الجمجمة. بعد ذلك، استخدم الملقط الدقيق (micromanipulator) لخفض المسبار إلى نقطة البريغما (bregma) وسجل إحداثياتها الظهرية البطنية (dorsoventral coordinate). ثم ارفع المسبار وكرر هذا الإجراء عند نقطة لامبدا (lambda). إذا كان قياس لامبدا أقل من 0.1 mm من الإحداثي الظهري البطني عند البريغما، تُعتبر الجمجمة مستوية وتصبح جاهزاً للمتابعة. وإذا لم يكن الأمر كذلك، ارفع قضيب القواطع أو اخفضه وكرر القياسات.

الآن وبعد أن أصبح الدماغ مستوياً، عد إلى البريغما وسجل الإحداثيات الإنسية-الوحشية (medio-lateral) والإحداثيات الأمامية-الخلفية (antero-posterior). وبناءً على الإحداثيات المستهدفة من أطلس الدماغ، احسب الحركات المطلوبة للوصول إلى ذلك الموقع وحرك المسبار إلى الموضع المستهدف. حدد هذا الموضع على الجمجمة واستخدم المثقاب لعمل ثقب في العظم بعناية.

ستجد أسفل الجمجمة مباشرةً الأم الجافية (dura)، وهي غشاء سميك ومتين يمكن قطعه بلطف باستخدام طرف إبرة صغيرة.

بعد ذلك، يتم وضع ذراع الملقط الدقيق في الموضع المناسب لخفض المسبار إلى الإحداثي الظهري البطني المستهدف، وعند هذه النقطة يمكن إجراء التلاعب المطلوب.

بعد أن أصبحت تدرك الخطوات الأساسية للإجراء، دعنا نلقي نظرة على بعض الطرق العديدة التي يستخدم بها علماء الأعصاب الجراحة التجسيمية للإجابة على التساؤلات في المختبر.

بدايةً، تعد الجراحة التجسيمية مفيدة للغاية في إيصال العوامل التجريبية إلى مناطق دقيقة في الدماغ. قد تشمل هذه العوامل صبغات التتبع المستخدمة لتصوير الإسقاطات والاتصالات العصبية، أو المركبات الكيميائية، أو الكواشف المستخدمة للتعديل الوراثي للعصبونات. على سبيل المثال، سيؤدي حقن الفيروسات المعدلة وراثياً إلى إيصال جين مستهدف إلى الخلايا المصابة. هنا، تم حقن فيروس في الحصين، مما أدى إلى تعبير GFP في مجموعة صغيرة من العصبونات.

من ناحية أخرى، يمكن أن يمنع الإيصال الفيروسي للحمض النووي الريبي المتدخل الصغير (small interfering RNA) تعبير البروتينات المطلوبة. في هذا المثال، تم تثبيط تعبير البروتين SOD1 في مناطق مختلفة من الدماغ بعد الحقن التجسيمي في البطين الجانبي.

وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام الجراحة التجسيمية لوضع أقطاب كهربائية في الدماغ لتسجيل الإشارات الكهربائية التي تصاحب النشاط العصبي. بعد تعافي الحيوان من الإجراء الجراحي، يمكن توصيل الأقطاب الكهربائية بأنظمة تسجيل الفيزيولوجيا الكهربائية لمراقبة إطلاق العصبونات بينما يتصرف الفأر بحرية.

بالإضافة إلى قياس النشاط العصبي، تلعب الجراحة التجسيمية دوراً أساسياً في عمليات الديلزة الدقيقة (microdialysis). تسمح هذه التقنية بالمراقبة المستمرة لتركيزات الأدوية، أو النواقل العصبية، أو المستقلبات في أنسجة الدماغ للحيوانات المستيقظة. وللقيام بذلك، يتم زرع مسبار صغير مملوء بسائل مع غشاء شبه نفاذ عند طرفه في منطقة محددة من الدماغ. تنتشر المذابات الصغيرة، بما في ذلك النواقل العصبية والهرمونات والأدوية، إلى داخل المسبار، حيث يمكن جمعها للتحليل. في هذه التجربة، تم قياس تركيز الجلوكوز في الحصين كمؤشر للنشاط العصبي المحلي بينما كانت الجرذان تؤدي مهمة تتطلب استخدام الذاكرة العاملة المكانية.

لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول الجراحة بالتوجيه المجسم. لقد غطينا في هذا الفيديو مبادئ وطرق هذا الإجراء بالإضافة إلى تطبيقاته العديدة في مختبرات علوم الأعصاب.

شكراً للمشاهدة!