定向脑深部结构与配送药品，病毒载体，或细胞移植Microinjections
2010年12月1日
在这篇文章中，我们将展示一种方法，使与50微米的管腔玻璃毛细管针。这种技术大大降低大脑的损害，最大限度地减少药物的被动扩散，并允许一个精确的定位到啮齿类动物的大脑。
该程序的总体目标是对大脑深部结构进行高精度的显微注射，以输送药物、病毒载体或细胞移植。这是通过首先生产具有 50 微米流明的玻璃毛细管针来实现的。该程序的第二步是通过毛细管用矿物油填充 50% 的针头，然后从管子最宽的一端插入柱塞。
该程序的第三步是将要注射的物质或细胞悬液装入针头。该程序的最后一步是引入针尖并以非常低的速率将物质注入深部大脑结构。最终，可以获得结果，显示通过使用玻璃毛细管进行显微注射，将物质非常精确地靶向大脑。
大家好，我是来自墨西哥科利马大学心理学学院神经科学实验室的 Oscar Gonzalez。今天，我们将向您展示一种使用玻璃毛细管进行显微注射以将药物输送到小鼠大脑中的程序。我们在足够的实验室中使用该程序来研究成体神经干细胞。
那么让我们开始吧。使用具有 50 微米内腔的玻璃毛细管针头向大脑进行显微注射，可显着减少脑损伤，最大限度地减少药物的被动扩散，并允许精确靶向啮齿动物大脑。在进行显微注射之前，必须构建玻璃针。
首先将毛细管玻璃管放入微量移液器拉拔器的高电阻拉动电极中。接下来打开微型移液器拉拔器的电极。为了加热玻璃管的中间以局部软化玻璃管，请沿其纵轴将玻璃管拉伸 3 到 5 毫米的初始距离，足以使局部区域的玻璃管直径减小。
继续拉伸玻璃管，直到它破裂。重复这些步骤以创建两个相同的单桶针。现在将玻璃针放入微型锻造中。
30 度角足以使尖端倾斜。最后，将针头放在显微镜下，检查它们是否都具有正确的内径。对于大多数亲水性药物，30 至 50 微米的内径是理想的针头结构。
让我们看看如何使用它们进行微注射。首先，从最宽的一端用矿物油填充构建的针头。让矿物油通过毛细管进入，直到达到毛细管长度的约 50%。
在针的最宽端周围涂上高真空润滑脂，然后将柱塞插入其中。要轻轻推动矿物油，直到一小滴场景从玻璃针的尖端流出。现在将针头固定在微型注射器的支架中，并开始为动物准备注射。
首先，在立体定向动物支架上放一个加热垫，以保持动物的体温。在 37 摄氏度时，剃掉麻醉小鼠的头部，然后将其放入立体定向装置中并固定。使用耳杆和齿架，使用手术刀片切开从耳朵到 Lambda 颅骨线的皮肤。
用棉签擦干颅骨，使其干燥，然后将皮肤从手术区域拉出。接下来，使用玻璃针的尖端指向 bgma 缝合线的顶点，并在那里设置注射的初始位置。现在，通过在头骨上移动立体定向设备的 x 轴和 Y 轴，在头骨上设置要钻孔的点。
使用研究型微型钻头，用细镊子在选定的坐标处小心地钻孔。小心地去除最深的骨层并打破硬脑膜现代膜。你会看到一些脑脊髓液渗出。
要确认针头可以穿过钻孔，请使用立体定向装置的 Z 轴慢慢降低玻璃针。现在吸取一微升要注射的药物，并将其放在一小块香水上。将香水放在头骨上。
通过旋转微型注射器轮吸取药物，同时通过显微镜检查液体是否进入玻璃针。取下封口膜并重置零坐标。现在将针移动到选定的坐标并降低支架，直到玻璃针的尖端轻轻接触大脑表面，并将 Z 坐标设置为零。
将玻璃针引入脑实质所需的深度。以每秒约 1 纳升的速度缓慢注射药物。注射所需体积后，让药物扩散到实质中两分钟，然后平稳缓慢地取出针头。
最后，粘上手术伤口，将动物从立体定向装置中取出。将动物放入战前笼子中进行麻醉恢复。现在我们将展示一些显微注射结果。
将溶血磷脂酰胆碱或溶氨酸注射到产生白质束脱髓鞘的体中，以尽量减少玻璃针产生的脑损伤。只注射了 20 升 lyin。脱髓鞘表现为白质束中没有髓鞘碱性蛋白表达，获得非常精确的注射，并且非常狭窄的针道最大限度地减少了脑损伤。
我们刚刚向您展示了如何构建玻璃针以对大脑深部结构进行显微注射。进行此程序时，请务必记住准备好所有设备和材料，以便在手术室中使用。就是这样。
感谢您的观看，祝您的实验好运。
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概述
本文介绍了一种制造具有50-μm内径的玻璃毛细管针的方法，能够实现精确的微量注射到深层脑结构中。该技术最大限度地减少了脑损伤，并减少了药物的被动扩散，从而在啮齿动物模型中实现靶向递送。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 微量注射技术
- 药物递送系统
背景
- 微量注射对于将物质直接递送到大脑中至关重要。
- 传统方法可能会导致严重的脑损伤和低效的药物递送。
- 玻璃毛细管针提供了精确靶向的解决方案。
- 本研究重点在于改进微量注射过程。
研究目的
- 开发一种制造具有50-μm内径的玻璃毛细管针的方法。
- 提高深层脑结构中药物递送的精确度。
- 在注射过程中最大限度地减少脑损伤。
使用的方法
- 生产具有50 μm内径的玻璃毛细管针。
- 用矿物油填充针管以便于注射。
- 用所需的物质或细胞悬液装载针管。
- 以低流速将物质注射到目标脑区域。
主要结果
- 该方法允许精确靶向大脑中的物质。
- 与传统方法相比，显著减少了脑损伤。
- 高效递送药物、病毒载体或细胞移植。
- 在啮齿动物模型中展示了有效性。
结论
- 所开发的技术提高了微量注射的精确度。
- 它提供了一种在神经科学研究中可靠的药物递送方法。
- 这种方法可以应用于各种物质，改善实验结果。
常见问题
Executive Industry Relevance
Precise delivery of therapeutic agents to deep brain structures remains a critical challenge in neuroscience drug development, particularly in small animal models where procedural trauma can confound results. This microinjection method enhances target engagement fidelity by minimizing injection-induced tissue damage and passive diffusion, thereby improving the reliability of pharmacological and genetic intervention studies. The approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling reproducible, low-volume delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants with reduced biological variability.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables accurate interrogation of therapeutic hypotheses in deep brain nuclei by reducing off-target effects from injection trauma.
- Operational Value: Supports consistent delivery of compounds or genetic tools across studies, improving reproducibility in target validation workflows.
- Predictive Confidence: Minimizes procedural variability that could obscure true pharmacological or biological responses.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems with minimal lesion burden for downstream compound screening in CNS pathways.
- Operational Value: Enables standardized, low-volume (20–100 nl) injections suitable for high-precision assay formats requiring tight pharmacokinetic control.
- Platform Reuse: Adaptable to various substances (drugs, viral vectors, cells) by adjusting needle lumen size, supporting multi-modal screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enhances disease model fidelity by reducing confounding injury from injection procedures, improving translational relevance.
- Operational Value: Facilitates repeatable interventions in longitudinal studies, supporting chronic dosing or cell transplant regimens.
- Risk-Adjusted Advancement: Improves confidence in target engagement data, aiding go/no-go decisions in preclinical programs.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, where precise CNS delivery is essential for assessing target modulation and pathway engagement.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing in deep brain structures by enabling accurate delivery of pharmacological or genetic probes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible dosing for compound evaluation in vivo, critical for dose-response and target occupancy studies.
- Analytics: Generates clean readouts by minimizing procedure-induced noise, improving signal detection in biomarker or efficacy measurements.
- Translational Research: Promotes continuity from discovery to preclinical by ensuring consistent, low-trauma delivery across study phases.
- Enterprise Reuse: Represents a standardized, adaptable capability for CNS delivery applicable across multiple projects and modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity from injection artifacts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across laboratories and studies through defined needle preparation and injection parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing failed studies due to procedural variability or off-target effects.
- Portfolio Impact: Enables more reliable prioritization of CNS targets based on cleaner pharmacological and genetic data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, stereotactic coordination, and needle fabrication using a pipette puller and micro forge.
- Depends on access to specialized instrumentation including a stereotactic frame, microinjector, and microscope for needle visualization.
- Necessitates standardization of needle lumen size (50 µm) and filling protocol (50% mineral oil) for consistent performance across users.
- Adaptation to different model systems may require coordinate adjustment and validation of needle penetration depth.
- Practical limitations include the technical skill needed for needle pulling and beveling, and the low throughput inherent to manual microinjection.
