在大鼠丘脑底核内植入电极

摘要

来源：Fluri, F., 等, 用于大鼠丘脑底核长期深部脑刺激的微电极引导电极植入。 可视实验杂志 (2015)

该视频演示了将电极植入大鼠丘脑底核以传递电刺激的操作步骤。

方案

所有涉及动物模型的实验程序均已通过当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会的审核。

1. 麻醉

1. 检查麻醉系统，确保手术全程有足够的气体（氧气）和异氟烷供应。将鼻罩连接至立体定位仪的门齿杆，并将门齿杆设置在 -3.3 mm 位置。
2. 打开供气（2 L/min）。将大鼠放入麻醉箱并密封顶部，开启异氟烷挥发器至 3.5%。
3. 当大鼠呈侧卧状态时，切换系统使麻醉气体流向固定在门齿杆上的鼻罩。
4. 将大鼠从麻醉箱中取出，剃除耳间至眼间区域的毛发；使用浸有 Jodosept PVP 的棉签擦拭剃毛区域，以清除松散的毛发。
5. 将大鼠置于鼻罩中（图 1），继续以 2.5% 异氟烷（O₂ 流速 1 L/min）维持麻醉。通过夹捏趾间区域检查麻醉深度；若麻醉充分，则防御反射（即 缩足反应）消失。
6. 在手术过程中监测呼吸及对刺激的反应，并根据需要调节挥发器。
7. 在麻醉期间为眼睛涂抹兽用眼膏，防止干燥。采用反馈控制的加热系统监测并维持体温在 37 ± 0.5 °C。

2. 手术

1. 在整个手术过程中保持手术区域的无菌状态。一旦外科医生的双手和手术区域达到无菌，仅可小心移动，并注意不要破坏无菌环境。这包括维持一个无菌区域（e.g., 无菌防水铺巾，可用于放置器械。
2. 在剃毛区域中心皮下注射0.2 ml甲哌卡因。甲哌卡因是一种局部麻醉药，作用持续时间可达3小时，可进一步麻醉手术区域。
3. 使用手术刀，从耳间开始沿中线做一切口，并向后延伸约2 cm。确保切开皮肤下的骨膜（有光泽的膜状结构）。用四个夹子暴露颅骨 （图2）。
4. 使用棉签轻轻去除骨膜，直至暴露冠状缝和矢状缝；随后用棉球止血。
5. 使用固定在探针架上的针头确定前囟坐标，然后用黑色记号笔标记针尖。通过前后（AP）、中线/侧向（ML）和背腹（DV）驱动螺钉，将针尖精确定位在前囟正上方。
6. 获取前后（AP）和内外（ML）方向的游标刻度读数：若电极植入右侧丘脑底核（STN），则AP读数减去3.6 mm，ML读数减去2.5 mm；若电极植入左侧STN，则ML读数增加2.5 mm。将针尖下降至颅骨表面后，用记号笔的染料标记该位置。
7. 将牙科钻固定在立体定位仪的大探针架上。将牙科钻移至计算出的区域—— 即， 颅骨上的标记点。通过显微镜观察，钻出一个直径约1 mm的孔，穿透颅骨直至可见硬脑膜（颅骨厚度约为1 mm）。使用显微解剖镊子或无菌针头将硬脑膜回缩。硬脑膜较为坚韧，可能损坏电极尖端。
8. 在每侧额鳞和顶间鳞上与电极孔相对的位置，使用牙科钻头钻孔。将探针架从立体定位仪上断开。切勿在颅骨缝处钻孔，因为静脉血管沿颅骨缝下方走行。
9. 将骨螺钉旋入五个孔中的每一个。避免将螺钉拧入过深。对于不锈钢螺钉（M1.6），旋转2–3圈即可牢固固定螺游戏副本，同时不会对脑组织施加压力。具体旋转圈数取决于螺钉的螺距。将带有电极的探针固定器用显微操作器夹紧 （图3）.
10. 使用前后（AP）、左右（ML）和背腹（DV）驱动螺钉移动带有电极的探针架，直至电极尖端接近颅骨前囟点。记录电极在前囟点处的AP、ML和DV游标刻度读数。完成读数后，将电极向上提升数毫米，以防止移动过程中电极刮擦颅骨。为确定电极插入孔位的坐标，在AP读数上加3.6 mm，并在ML读数上加（或减）2.5 mm。
11. 使用前后（AP）和内外（ML）驱动螺钉，将电极移动至计算好的位置。此时，电极尖端应正对钻好的电极孔位置。然后，通过显微镜观察，将电极缓慢下降至硬脑膜水平 （图4）此位置作为DV方向的零点。随后，在显微镜下观察，轻柔地将电极尖端插入脑组织中。
12. 将电极针连接至记录系统连接器。将法拉第笼（或用铝箔替代）罩在位于立体定位仪中的大鼠上方。 （图5）将立体定位仪与操作房间内的配重进行接地。
13. 启动记录系统。如有条件，可在推进电极的同时使用扬声器获取单个神经元放电或簇状放电的声学信号。
14. 缓慢插入电极至脑内，同时在推进电极的过程中记录电活动。当电极到达硬脑膜下7.5至8.1 mm深度时，通常可检测到丘脑底核（STN）特有的电活动。 （图6）丘脑底核（STN）神经元的典型活动特征为不规则的放电模式和高放电率（平均频率：40.9 ± 12.9 Hz）。
15. 记录过程中，应尽可能减少麻醉剂量（例如，降至0.8–1.0%）；低麻醉状态的动物表现出更清晰的脑电活动。
16. 用拭子清除电极下降时从颅骨表面移位出的任何血液或脑脊液。
17. 用小刮刀取少量牙科水泥混合均匀，将其涂抹在电极周围以及五个螺钉中的四个螺钉周围 （图7）第五颗螺丝将用于固定插头的接地线。
18. 当牙科水泥固定后，将电极针从电极夹中断开，并连接记录系统。
19. 拧下未用牙科水泥固定的螺丝。将插头安装到电极针上，并用第五颗螺丝固定插头的接地线。 （图8）.
20. 混合牙科水泥，并将其涂抹在塞子周围。随着水泥变稠，将其塑形包裹塞子形成帽状结构。应避免牙科水泥出现可能伤害动物的锐利边缘，并在水泥硬化过程中将其修整去除。 （图 9A 和 B）.
21. 清创伤口边缘，并在帽状腱膜前后用缝线缝合伤口，随后对伤口边缘进行消毒。
22. 将插头连接到固定在旋转接头上的导线上。从立体定位仪中取出大鼠。
23. 在干预结束时给予曲马多（12.5 mg/kg，腹腔注射），之后每日一次，持续2-3天。将大鼠置于带有保温支持的清洁笼具中，并将旋转连接器固定在该笼上 （图10），并仔细检查1小时。
24. 在动物恢复到能够维持胸卧位的意识水平之前，不得无人看管。

结果

图1. 在立体定位仪中固定头部。大鼠通过立体定位仪的耳杆以及气体麻醉面罩固定头部。

图2. 暴露颅骨。 做正中切口后，将皮肤...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Pt/Ir 电极	FHC 公司	UE	定制：规格：UEPSEGSECN1M
插头	GT Labortechnik（德国 Arnstein）
针座	DISTRELEC	143-95-324	单排，90° 1x3 Datamate，型号 M80-8420342
插座	DISTRELEC	143-95-621	单排，直插式 2 mm 极距 1x3 Datamate，型号 M80-8400342
不锈钢弹簧	Plastics ONE	SS0102	部件编号：.120 X .156，弹簧内径（mm）：3.0，弹簧外径（mm）：4.0
牙科水泥 / Paladur	Heraeus Kulzer	64707938	液体，500 ml
牙科水泥 / Paladur	Heraeus Kulzer	64707954	粉末，玫瑰色，500 g
头部螺钉	Hummer & Reiss	V2ADIN84 M1.6x3
Jodosept PVP	Vetoquinol		435678/E04
甲哌卡因 1%	阿斯利康（AstraZeneca）		PZN03338515
肾上腺素	赛诺菲-安万特（Sanofi-Aventis）		PZN00176118
盐酸曲马多	Rotexmedica		38449.00.00