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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
该协议显示癫痫大鼠的重复脑脊液和血液采集与连续视频脑电图(EEG)监测同时进行。这些有助于探索各种体液分子变化与癫痫发作活动之间的可能联系。
由于体液的成分反映了许多生理和病理动力学,因此在许多实验环境中通常获得生物液体样品来测量感兴趣的分子,例如激素、生长因子、蛋白质或小的非编码 RNA。一个具体的例子是在癫痫生物标志物研究中对生物液体进行采样。在这些研究中,希望通过同时提取脑脊液和血浆并考虑从癫痫发作到癫痫发作的采样时间距离来比较脑脊液 (CSF) 和血浆中的分子水平。脑脊液和血浆取样相结合,加上癫痫动物的视频脑电图监测,是验证推定诊断和预后生物标志物的一种有前途的方法。在这里,描述了从大池中撤出脑脊液和从连续视频脑电图监测的癫痫大鼠的侧尾静脉取血的联合程序。与其他常用技术相比,该程序具有显着优势。它允许以最小的疼痛或侵入性快速取样,并减少麻醉时间。此外,它可用于在系留和遥测脑电图记录的大鼠中获取脑脊液和血浆样本,并且可以在多天的实验中重复使用。通过缩短异氟烷麻醉时间,最大限度地减少取样引起的压力,预计测量将更准确地反映生物流体中所研究分子的真实水平。根据适当分析测定的可用性,该技术可用于测量多个不同分子的水平,同时进行脑电图记录。
在临床前和临床研究中,脑脊液 (CSF) 和血液采样对于识别和验证癫痫的生物标志物都很重要 1,2。如今,癫痫的诊断和大多数关于癫痫生物标志物的研究都集中在脑电图和神经影像学上 3,4,5。然而,这些方法存在一些局限性。除了常规的头皮测量外,在许多情况下,脑电图还需要深度电极等侵入性技术6.脑成像方法的时间和空间分辨率较差,并且相对昂贵且耗时 7,8。出于这个原因,识别非侵入性、低成本和基于生物流体的生物标志物将提供一种非常有吸引力的替代方案。此外,这些生物流体生物标志物可以与现有的诊断方法相结合,以提高其预测性。
被诊断为癫痫的患者通常接受脑电图9、10 和血液采样11、12、13、14 检查,许多患者还接受脑脊液停药检查,以排除危及生命的病因(即急性感染、自身免疫性脑炎)15。这些血液和脑脊液样本可用于临床研究,旨在识别癫痫的生物标志物。例如,Hogg及其同事发现,在人类癫痫中,三个血浆tRNA片段的增加先于癫痫发作14。同样,人脑脊液和血清中的白细胞介素-1β (IL-1β) 水平,表示为脑脊液中 IL-1β 水平与血清的比率,可以预测创伤性脑损伤后创伤后癫痫的发展16.这些研究强调了生物流体采样对癫痫生物标志物研究的重要性,但它们面临着临床试验固有的多种局限性,例如,血液中抗癫痫药物 (AED) 的共同创始因素、经常缺乏病因信息、控制不足、患者数量适中等17,18。
临床前研究为研究生物流体中的分子作为癫痫的潜在生物标志物提供了其他机会。事实上,在进行脑电图记录时,可以从动物身上提取血浆和/或脑脊液。此外,可以在多天的实验中重复进行采样,并且可以使用一些年龄、性别和癫痫侮辱匹配的对照来提高研究的稳健性。在这里,详细描述了一种从脑电图监测的大鼠尾静脉平行抽取血浆从大池获得脑脊液的灵活技术。与其他方法相比,所提出的技术有几个优点。通过使用蝶形针方法,可以在不影响脑电图电极或类似头部植入物功能的情况下多次收集脑脊液。这代表了鞘内导管拔出手术的改进,鞘内导管拔出手术与相对较高的感染风险相关。此外,据报道,用于采血的自由落体方法优于其他尾静脉抽血方法,因为血液不通过管道且不施加真空压力,溶血风险大大降低。如果在严格的无菌条件下进行,动物感染的风险特别低。此外,通过从动物尾巴的末端开始抽血,可以重复采样几次。这些技术很容易掌握,可以应用于许多中枢神经系统疾病的临床前研究。
根据 1986 年 11 月 24 日欧洲共同体理事会关于保护用于实验和其他科学目的的动物的指令 (86/609/EEC) 中概述的指南,所有实验程序均已获得费拉拉大学机构动物护理和使用委员会和意大利卫生部的批准(授权:DM 603/2022-PR)。该方案专门针对在大鼠脑脊液和癫痫动物脑电图控制下获得的血浆中小的非编码核糖核酸(sncRNA)的进一步定量聚合酶链反应(qPCR)分析进行了调整。根据其选择,请参阅相关的 JoVE 视频,以更好地了解和改进手术19、20、21。
1. 准备动物进行电极或遥测仪的手术植入
注意:立体定位手术技术因所使用的脑电图系统而异。以下方法部分描述了这两种手术的共同步骤。
2. 拴留电极的手术植入
注意:在建立本方案的穿刺脑脊液退出程序之前(有关详细信息,请参阅步骤9),在一些自由移动的非麻醉大鼠中通过引导套管重复进行脑脊液退出。使用植入系留电极的置管动物来评估双头植入物对长期脑电图记录和多次脑脊液取样的影响。在这些特定的实验中,根据先前发表的方案22,将大鼠植入放置在大池中的假引导套管,其尖端以立体定向方式插入其中7 mm。双种植手术方法与过去一些工人采用的微透析引导套管和系留电极植入的方法相似23,24。
3. 遥测仪的手术植入
注意: 仅使用无菌遥测仪。如果遥测仪是重复使用的,请在手术前根据制造商的说明对其进行清洁和消毒。在该协议中,使用了用于脑电图记录的数据科学国际 (DSI) 遥测仪。
4. 术后护理
5.大鼠癫痫持续状态诱导
注意:有关在大鼠中重现近中颞叶癫痫 (mTLE) 所需的癫痫持续状态 (SE) 诱导的详细方案,请参阅 Guarino 等人 25。
6. 癫痫大鼠的系留视频脑电图和癫痫发作活动分析
注:本节描述了在标准条件下记录单屋自由移动大鼠脑电图信号的实验程序。笼子不应包含动物或记录电缆可能卡住的物体。根据要解决的科学问题,可以分析几个参数。在癫痫研究的情况下,对脑电图痕迹进行筛查以识别电和运动癫痫发作。用于识别癫痫发作的最常见参数是阵发性电活动的幅度、频率和持续时间。
7. 癫痫大鼠遥测视频脑电图及癫痫发作活动分析
注:本节描述了在标准条件下记录单屋自由移动大鼠的无线电遥测脑电信号的实验程序。该协议基于商用遥测系统。但是,一些遥测系统在功能和技术规格上略有不同。应根据实验室要求和研究目标选择系统。
8. 尾静脉采血程序
注意。真空采血系统由一根蝶形针(23 G x 3/4 x 12 (0.8 mm x 19 mm x 305 mm))组成。采血技术可以由一名操作员轻松执行,该过程大约需要 5 分钟。
9. 脑脊液采集程序
注意。该技术可以由单个操作员轻松执行,该过程大约需要 2-4 分钟。用于收集脑脊液的材料是低成本的一次性真空蝶形针和提取管。在该协议中,使用连接到无菌注射器的蝴蝶翼输液器以产生真空(图2A)。
10. 样品质量的分光光度法分析
注意:正确收集脑脊液和血浆样品后,样品即可进行分光光度计分析,不需要任何特殊处理。通过紫外分光光度法在414nm处测量血红蛋白吸光度,以评估样品中的溶血风险。在大鼠样品中使用截止吸光度值为0.25。该限值的选择可能取决于后续的qPCR分析及其对sncRNAs定量的具体要求。
在 9 只对照组和 18 只慢性癫痫大鼠中进行的不同 CSF 和抽血手术的结果,均在 SE 后 1 个月植入电极,以成功率报告。植入后,对所有大鼠进行视频脑电图监测1个月,在此期间,在实验的最后两周(即在SE后第52、55、58、61和64天)每3天抽取5次脑脊液加血。来自不同动物的多次拔出的数据用于比较双头植入物捐赠大鼠(插管用于脑脊液退出)的脑脊液采集成功率与仅栓系或遥测电极植入动物的脑脊液采集成功率(通过大池穿刺进行)(表1)。在不同的动物中,评估了真空采血或尾挤对血浆样品质量的影响(表2)。为此,使用414 nm处的紫外分光光度法分析来检测游离血红蛋白。对于统计分析,使用商业软件,并使用 Kruskal-Wallis 或单因素方差分析与事后 Tukey 的多重比较检验(p<0.05 被认为具有统计学意义)。数据表示为SEM±均值。
置管和穿刺大鼠多次脑脊液取样的成功率
在 2 周内对 3 组大鼠进行 5 次脑脊液采样:(i) 插管和系留电极植入大鼠(CT 动物组);在这些研究中,当脑脊液未麻醉并在视频脑电图下自由移动时,通过假引导套管和 PTFE 管接头到 1 mL 注射器进行脑脊液抽取;(ii)穿刺(步骤9)和拴留电极植入大鼠(PT组);(iii)穿刺和遥测电极植入大鼠(PTe组)。每组共使用9只动物(6只癫痫大鼠和3只对照大鼠)。评估了超过 5 次的成功收集次数。穿刺大鼠的成功率相似:86.7%±5.8%,遥测电极植入动物为88.9%±4.8%。相反,在插管大鼠中,即使没有显着差异,该比率也降低(71.1%±8.9%, 表1)。这些结果表明,动物头部的套管可能会干扰重复的脑脊液取样并影响纵向研究。穿刺技术更适合电极植入动物的多次脑脊液抽取。
真空和尾液挤奶对血浆采集方法的影响
在 SE 后第 52、55、58、61 和 64 天从 9 只大鼠(6 只癫痫大鼠和 3 只对照大鼠)中收集 5 次血液,并通过 414 nm 处的紫外分光光度法评估血浆质量。为了获得每只大鼠的第一个样品,采用连接到1 mL注射器的21G蝶形针头进行真空抽取。对于第二个样品,在同时挤奶尾部时采用液滴抽取和21G蝶针系统。为了获得第 3-5 个样品,使用了不挤奶尾部的液滴提取程序(如步骤 9 中所述)。
当采用真空时,血浆在目视检查下呈粉红色,9只大鼠样品的平均吸光度值为0.647±0.067(表2,图3)。如果在手术过程中采用尾部挤奶,则获得类似的结果:粉红色血浆,平均吸光度为0.620±0.043(表2,图3)。相比之下,使用重力液滴抽取和 21G 蝶针系统,平均血浆吸光度值显着降低(58 dpSE 时为 0.226 ± 0.017;61 dpSE 时为 0.223 ± -0.09;64 dpSE 时为 0.226 ± 0.018;表2,图3)与真空挤奶或尾挤方法有关。此外,液滴血浆样品主要是透明的。较高的吸光度值(52 和 55 dpSE)与样品的粉红色相关(数据未显示)。这些结果可能表明,最后一种方法是获得非常高质量的样品进行分析的最佳方法。

图 1:血浆采样工作流程的关键步骤。 (A)抽血和大鼠在立体定位框架中所需的材料,准备收集;(乙、丙)将 21G 蝴蝶针插入侧尾静脉,并用抗凝剂将血滴从收集管壁上落下。 请点击这里查看此图的较大版本.

图 2:脑脊液 (CSF) 采样工作流程的关键步骤。 (A)采集前不久脑脊液抽取和立体定位框架中的大鼠所需的材料;(B)将23G蝶形针的制备方式切开其塑料套筒保护,使裸针的末端暴露7毫米,以确保正确穿透大池;(C)在退出过程中,大鼠头部向下倾斜45°。(D) 在菱形部位放大,将蝴蝶针插入大池中。注意导管中上升的脑脊液,由标记的尖端指示。 请点击这里查看此图的较大版本.

图3:血浆样品的质量评估。 使用不同方法在 5 个时间点(癫痫持续状态后 52、55、58、61 和 64 天,dpSE)通过紫外光谱法在 9 只动物的血浆样品中测量游离血红蛋白在 414 nm 处的溶血程度:第 52 天 - 真空技术;第 55 天 - 尾部挤奶;第 58-64 天采用下降技术。与真空挤奶和尾挤方法相比,通过滴液技术获得的血浆中游离血红蛋白的降低是显着的(*p <0.05,根据单因素方差分析和事后Tukey的多重比较检验)。 请点击这里查看此图的较大版本.
表1:脑脊液戒断的成功率。 比较三组实验动物重复停用脑脊液的成功率,以 5 天内成功停药的百分比表示。值 1 用于成功提取> 100 μL 透明 CSF;零值分配给 100 μL <和/或 CSF 不明确的退出。缩写:N/A - 由于取样过程中套管丢失而无法收集(仅限 CT 动物);CT - 空管系留;PT - 被刺穿的系留;PTe - 植入的刺穿遥测电极。 请按此下载此表格。
表2:血浆样本溶血的评估。 使用三种不同的血液取样方法在 5 个时间点进行溶血测量的结果:第 52 天 - 真空技术;第 55 天 - 尾部挤奶;第 58-64 天 下降技术。吸光度值>0.3与样品的粉红色相关。 请按此下载此表格。
作者没有什么可透露的。
该协议显示癫痫大鼠的重复脑脊液和血液采集与连续视频脑电图(EEG)监测同时进行。这些有助于探索各种体液分子变化与癫痫发作活动之间的可能联系。
这项研究得到了欧盟地平线 2020 工作计划(称为 H2020-FETOPEN-2018-2020)的赠款支持,赠款协议 964712 (PRIME; 给 M. Simonato)。
| 采血套装 BD Vacutainer Safety-Lok | BD Italy SpA, Milan, Italy | 367246 | 材料 |
| 采血管 (Microtainer K2E) | BD Italy SpA, Milan, Italy | 365975 | 材料 |
| 蝴蝶翼式输液器 23G x 3/4'' 0.6 x 19 mm | Nipro, Osaka, Japan | PSY-23-ET-ICU | 材料 |
| 离心机冷冻 ALC PK 130R | DJB Labcare Ltd, Buckinghamshire, England | 112000033 | 材料 |
| 棉缝合 3-0 | Ethicon, Johnson &Johnson surgical technologies, Raritan, New Jersey, USA | 7343H | 材料 |
| 地西泮 5 mg/2ml, Solupam | Dechra Veterinary Products, Torino, Italy | 105183014 (AIC) | 解决方案 |
| 数字视频 8 通道遥测脑电图媒体记录系统 | 美国明尼苏达州圣保罗 Data Sciences International (DSI) | PNM-VIDEO-008 | 设备 |
| 系留脑电图数字 | 视频监控系统萤石网络,杭州,中国萤 | 石 (V5.3.2) | 设备 |
| 基于稳定过氧化物和季铵活性的消毒剂 | Garcin-Bactinyl实验室,法国 | LB 920111 | 溶液 |
| 假人导向套管 8 毫米 | Agn Tho's,Lindigö,瑞典 | CXD-8 | 材料 |
| 电极 3 通道双扭曲 | Invivo1,塑料一号,美国弗吉尼亚州罗阿诺克 | MS333/3-B/SPC | 材料 |
| 立体手术的电极支架 | Agn Tho's, Lindigö, 瑞典 | 1776-P1 | 设备 |
| Eppendorf 生物光谱仪 basic | Eppendorf AG, 汉堡, 德国 | 6137 | 设备 |
Eppendorf PCR 管 0.2 mL | Eppendorf Srl, Milan, Italy | 30124332 | 材料 |
| Eppendorf μCuvette G1.0 | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 6138 | 设备 |
| 柔性饲喂针 17G | ;瑞典 | 7206 | 材料 |
| 草技术 仪器 | Grass Technologies, Natus Neurology Incorporated, Pleasanton, California, USA | M665G08 | 设备(AS40 放大器、流浆箱、互连电缆、远程因子型号 RPSA S40) |
| 异氟醚 100%, IsoFlo | Zoetis, 罗马, 意大利 | 103287025 (AIC) | 溶液 |
| 氯胺酮 (Imalgene) | Merial, 图卢兹, 法国 | 221300288 (AIC) | 溶液 |
| 氯化锂 | Sigma-Aldrich, Milan, Italy | L9650 | 材料 |
| 显微注射套管 31G 9 mm | Agn Tho's, Lindigö瑞典 | CXMI-9 | 材料 |
| MP150 模块化数据采集和 分析系统 | Biopac,美国加利福尼亚州戈拉塔 | MP150WSW | 设备 |
| 眼科兽医软膏,Hylo night | Ursapharm,意大利米兰 | 941791927 (AIC) | 材料 |
| 盐酸毛果芸香碱 | Sigma-Aldrich,意大利米兰 | P6503 | 材料 |
| PTFE 管,带接头 | Agn Tho's,Lindigö,瑞典 | JT-10 | 材料 |
| 盐水 | 0.9% NaCl,pH 值调整至 7.0 | 溶液 | |
| 溴酸东莨菪碱三水合 | 物Sigma-Aldrich, Milan, Italy | S2250 | 材料 |
| 硝酸东莨菪碱甲 | 酯Sigma-Aldrich, Milan, Italy | S1876 | 材料 |
| 银 磺胺嘧啶 1% 乳膏 | Sofar, Trezzano Rosa, Milan, Italy | 025561010 (AIC) | 材料 |
| 单工快速牙科甲基丙烯酸水泥 | Kemdent, Associated Dental Products Ltd, Swindon, United Kingdom | ACR811 | 材料 |
| 立体定位仪 | David Kopf Instruments, Los Angeles, CA, USA | 型号 963 | 设备 |
| 蔗糖溶液 | 10% 蔗糖蒸馏水溶液 | 自制 | 溶液 |
| 注射器 1 mL | Biosigma, Cona, Venezia, Italy | 20,71,26,03,00,350 | 材料 |
| 遥测数据 | 科学国际 (DSI),美国明尼苏达州圣保罗 | CTA-F40 | 材料 |
| 遥测脑电图跟踪分析仪 | Data Sciences International (DSI),美国明尼苏达州圣保罗 | NeuroScore v3-0 | 设备 |
| 遥测系统 | Data Sciences International (DSI),美国明尼苏达州圣保罗 | 硬件加软件 Ponemah核心 6.51 | 设备 |
| 盐酸甲苯噻嗪 | Sigma-Aldrich, Milan, Italy | X1251 | 材料 |