إجراء جراحة حج القحف لتصوير الدماغ المزمن
فبراير 15, 2008
هذا الفيديو وبروتوكول لشرح كيفية زرع زجاج النافذة المغطاة الجمجمة لدى القوارض. ويمكن استخدام هذه المستحضرات لمزمنة في الجسم الحي two الفوتون التصوير من القشرة المخية الحديثة على جداول زمنية لأشهر. ويمكن أيضا استخدامه لأنواع أخرى من التصوير ، والتصوير الضوئي بما في ذلك إشارة جوهرية.
أصبحت تقنيات التصوير ذات أهمية متزايدة في دراسة وظائف الدماغ. من بينها ظهر الفحص المجهري بالليزر الفوتوني كطريقة مفيدة للغاية لأنه يسمح بدراسة دماغ أنتا الحي ومع الاستعدادات المناسبة. تسمح هذه التقنية بمراقبة نفس المنطقة القشرية بشكل مزمن من دقائق إلى أشهر.
في هذا الفيديو، نعرض تحضيرا للتصوير المزمن في الجسم الحي للدماغ باستخدام منظارين مجهريين للصور. كان الدكتور كارل فودا ، الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي في مزرعة جانيليا ، رائدا في البداية في إعداد نافذة الجمجمة التي سنعرضها اليوم. مرحبا وريكاردو يجب أن يكون من مختبر كارلوس بورتر كايو في قسم طب الأعصاب بجامعة كاليفورنيا لوس أنجلوس.
سنعرض لك اليوم إجراء إنشاء نافذة قمجمة للتصوير المزمن في الجسم الحي. هذا المستحضر مفيد جدا لأنه يسمح للمرء بالتصوير في أعماق الدماغ باستخدام مجهر الفوتون الليزر. لذلك دعونا نبدأ.
قبل البدء في الجراحة ، يتم تخدير الفئران بالفلور إيسوف. 4٪ للحث ، نقطة واحدة ونصف إلى 2٪ للجراحة ، باستخدام الإجراءات المعتمدة من I-A-C-U-C ، من المهم استخدام قرصات الذيل أو إصبع القدم من أجل ضمان تخدير بالكامل. باستخدام ماكينة حلاقة القوارض ، يتم حلق الشعر من مؤخرة الرقبة حتى العينين.
بعد الحلاقة ، يتم وضع الماوس على إطار تجسيمي ، مستريحا على بطانية لإعادة تدوير المياه عند 37 درجة مئوية ، يتم تأمين الرأس بإحكام باستخدام قضبان الأذن. ثم يتم وضع مرهم العين لمنع عين من الجفاف. بعد ذلك ، يتم إعطاء ديكساميثازون ، 0.2 ملليغرام لكل كيلوغرام وكاربروفين خمسة ملليغرام لكل كيلوغرام تحت الجلد.
من أجل منع تورم الدماغ و / أو الاستجابة الالتهابية على التوالي. قبل البدء في الجراحة ، تأكد من تعقيم منطقة العملية عن طريق مسح الجلد بثلاث مسحات متناوبة من 70٪ كحول وبيتادين. تم تعقيم جميع الأدوات الجراحية مسبقا باستخدام معقم الخرز الزجاجي باستخدام مقص تم رشه بالإيثانول.
تتم إزالة الجلد الموجود فوق الجزء العلوي من الجمجمة ، بدءا من قطع أفقي على طول قاعدة الرأس ، متبوعا بقطعتين في الاتجاه المنقاري ، تصل تقريبا إلى الجفون. ثم قطعتان مائلتان تتقاربان عند خط الوسط. في هذه المرحلة ، يتم وضع قطرة من محلول الليدوكائين والإبينفرين على السمحاق لتجنب النزيف المفرط أو الألم بمشرط ، ويتم سحب السمحاق إلى حواف الجمجمة.
كمايتم سحب عضلات الجزء الخلفي من الرقبة قليلا. ثم يتم كشط المنطقة المكشوفة بالكامل من الجمجمة برفق باستخدام مشرط لإنشاء سطح جاف. هذا مهم جدا لأنه سيسمح للغراء بالالتصاق بشكل أفضل عند تطبيقه لاحقا.
بمجرد اختيار موقع التصوير ، يكون المرء جاهزا لإنشاء نافذة الجمجمة أولا. يتم رسم دائرة يبلغ قطرها حوالي أربعة ملليمترات برفق باستخدام مثقاب أسنان هوائي. بعد حفر طفيف ، يتم تطبيق محلول ليدوكائين أدرينالين مرة أخرى على سطح الجمجمة.
يتوقف الحفر عند ترك طبقة رقيقة جدا من العظام ، عادة ما تكون أنفا واحدا. يتم الوصول إلى هذه المرحلة عن طريق الضغط برفق على مركز حج القحف لتشعر كيف تفسح المجال تحت قطرة من المحلول الملحي والاستفادة من التربيق العظمي. هيكل إسفنجي للعظم.
يتم رفع حج القحف بعيدا عن الجمجمة باستخدام ملقط رفيع جدا. المحلول الملحي مهم لأنه سيساعد في رفع الجمجمة ومنع نزيف الجافية. بعد ذلك ، يتم تطبيق رغوة الجل التي تم نقعها مسبقا في محلول ملحي على مادة الجافية من أجل وقف أي نزيف صغير يحدث أحيانا عند إزالة الجمجمة.
بعد تجفيف سطح مادة الجافية والتأكد من عدم وجود نزيف ، يتم وضع زلة غطاء زجاجي معقمة بطول خمسة ملليمترات برفق فوق مادة الجافة. يتم تطبيق قطرة من الغراء القائم على السيانواكريلات على نصف الكرة المقابل على الجمجمة. بمساعدة إبرة ، يتم تطبيق الغراء برفق في جميع أنحاء النافذة مع الحرص على عدم وضعه تحت الزجاج.
يمكن الآن تطبيق الغراء في طبقة رقيقة على كامل سطح الجمجمة. بمجرد أن يجف الغراء ، يتم خلط أكريليك الأسنان وتطبيقه في جميع أنحاء سطح الجمجمة ، ويغطي أيضا حافة صغيرة من زلة الغطاء لتثبيتها. بعد تأمين زلة الغطاء ، يتم عمل بئر صغير حول النافذة بأكريليك الأسنان.
يتمأيضا تضمين شريط من التيتانيوم في أكريليك الأسنان. سيتم استخدام هذا الشريط لاحقا لتوصيل الماوس بإحكام على مرحلة المجهر. للتصوير ، من المهم التأكد من أن الشريط مستوي بحيث يكون موازيا لنافذة الجمجمة.
يمكنأن يسمح وضع قطعة من الورق أسفل الشريط بالبقاء مستويا بينما يصلب الأكريليك ، ويسمح لأكريليك الأسنان بالشفاء أو التصلب لمدة 10 دقائق وفي ذلك الوقت تم تثبيت شريط التيتانيوم في مكانه. ثم يوضع في قفص دافئ حتى يتعافى. بعد الشفاء من التخدير ، يمكن تصوير في نفس اليوم.
يعرض هذا الفيلم كومة من 160 صورة تم التقاطها على فترات خمسة ميكرون باستخدام مجهرنا الفوتوني المخصص من خلال نافذة قمجمة موضوعة فوق القشرة الحسية الجسدية لفأر GFPM البالغ من العمر ثلاثة أشهر. يعبر هذا الخط المعدل وراثيا من الفئران عن GFP في مجموعة فرعية صغيرة من الخلايا العصبية البارمالية. في الطبقة الخامسة والطبقة الثانية الثالثة ، تم التقاط الصورة بهدف الغمر في الماء 40 × بفتحة عددية 0.8 باستخدام طول موجة إثارة يبلغ 910 نانومتر.
في الصور الأكثر سطحية ، من السهل التعرف على العرش المتغصنة للتشعبات القمية للخلايا شبه المعدنية. تتلاقى الخصلة القمية للتشعبات في كل خلية عصبية على تغصنات قمية كبيرة واحدة. يمكن أيضا رؤية التشعبات المائلة الأصغر وهي تخرج من محاور التغصنات القمية الرئيسية التي تعبر مجال الرؤية واضحة أيضا.
هذه كومة من 12 صورة تلتقط كل ميكرون ونصف باستخدام نفس الهدف 40 × بتكبير أعلى ، ويظهر التغصنات السطحية بدقة عالية بما يكفي لحل العمود الفقري المتغصني الفردي. لقد أوضحنا لك للتو كيفية إجراء تحضير نافذة الجمجمة للتصوير المزمن للدماغ باستخدام الفحص المجهري للصور. هذه طريقة قوية للغاية لدراسة الدماغ لأنها تسمح لك بدراسة كل من بنية ووظيفة الدماغ الحي ، ليس فقط في خيال واحد ، ولكن أيضا بشكل مزمن من خلال خيالات متعددة على مدى أشهر.
ميزة أخرى لإعداد نافذة الجمجمة هي أنه يمكن تصوير ملء كبير للرؤية ، مما يجعل من الممكن تصوير الهياكل الكبيرة مثل الإجراء الكامل أو الشجرة على مدى ملليمترات. عند القيام بهذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر العمل في أنظف الظروف وأكثر تعقيما وأن يكون لديك يد ثابتة للغاية. حسنا ، وهذا كل شيء.
شكرا على المشاهدة ونتمنى لك السعادة في تجاربك.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
يوضح هذا الفيديو زراعة نافذة دماغية مغطاة بالزجاج في القوارض، مما يمكّن من التصوير المستمر داخل الجسم بالفوتونين لمنطقة القشرة الجديدة على مدى فترات طويلة. تعتبر هذه التقنية حاسمة لمراقبة وظائف المخ ويمكن تكييفهم لطرق التصوير المختلفة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- تقنيات التصوير
- الدراسات الحية
الخلفية
- تقنيات التصوير حيوية لدراسة وظائف المخ.
- تتيح مجهر الليزر ثنائي الفوتون مراقبة المخ الحي.
- تتيح هذه الطريقة مراقبة مناطق القشرة باستمرار.
- تحضير النافذة الدماغية ضروري لهذا التصوير.
غرض الدراسة
- لإظهار تحضير للتصوير المستمر داخل الجسم.
- لتسهيل دراسة وظائف المخ بمرور الوقت.
- لتوفير بروتوكول للباحثين في علم الأعصاب.
الطرق المستخدمة
- زراعة نافذة دماغية مغطاة بالزجاج.
- مجهر الليزر ثنائي الفوتون للتصوير.
- مراقبة مناطق القشرة باستمرار.
- التعاون مع خبراء في المجال.
النتائج الرئيسية
- زراعة ناجحة للنافذة الدماغية.
- إظهار قدرات التصوير المستمر.
- إمكانية استخدامات تصويرية مختلفة.
- المساهمة في فهم وظائف المخ.
الاستنتاجات
- تحضير النافذة الدماغية فعال للتصوير المستمر.
- تعزز هذه الطريقة دراسة ديناميكيات المخ الحي.
- تفتتح هذه الطريقة آفاقًا للبحوث المستقبلية في علم الأعصاب.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Chronic in vivo imaging enables longitudinal assessment of target engagement and pathway modulation in disease-relevant systems, supporting mechanistic de-risking in early discovery. This approach provides predictive confidence by linking structural and functional readouts over time, informing go/no-go decisions in target validation and lead identification workflows. The method enhances translational continuity from discovery through preclinical stages by establishing reproducible, quantitative outputs for portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through longitudinal observation of cortical structure and function.
- Operational Value: Supports biological de-risking by allowing repeated imaging sessions to assess target consistency.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by linking chronic imaging readouts to mechanistic insights over extended periods.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream compound evaluation with stable imaging windows.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility through chronic access to the same cortical area.
- Strategic Value: Enables reliable compound screening by providing quantitative, time-resolved structural and functional data.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant systems by enabling chronic imaging of neocortical dynamics in transgenic models.
- Operational Value: Supports translational biomarker alignment through chronic monitoring of structural and functional changes.
- Predictive Value: Informs risk-adjusted advancement decisions by linking imaging outputs to preclinical validation endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical work by providing chronic, quantitative imaging outputs that support hypothesis testing and pathway clarification.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via longitudinal imaging of cortical structure and function.
- Screening: Delivers assay readiness and reproducibility through stable cranial windows enabling repeated measurements.
- Analytics: Generates quantitative readouts (e.g., dendritic dynamics, calcium activity, blood flow) that allow cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by enabling chronic observation of disease-relevant structural and functional changes.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for longitudinal studies across multiple projects and timepoints.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence, target validation, reduction of mechanistic ambiguity through chronic observation.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of chronic imaging preparations.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk via longitudinal data.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on chronic imaging outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, sterile technique, and in vivo imaging protocols.
- Depends on specialized instrumentation including two-photon microscopes, stereotaxic frames, and temperature control systems.
- Necessitates cross-team standardization of surgical procedures, imaging parameters, and data analysis workflows.
- Involves adaptation considerations across model systems, including transgenic lines and disease models.
- Practical limitations include surgical skill dependency, potential for glial scarring over time, and the need for aseptic maintenance to ensure window longevity.
