2012年11月14日
该视频演示了一种方法收获的两个最重要的的高度血管结构,支持前脑功能。它们是血管以及与相关的脑膜(MAV)和脉络膜丛这是必要的大脑血液流量和脑脊髓液(CSF)的稳态的脑表面(表面)。
本实验的总体目标是高效且快速地分离覆盖在前脑皮层、中脑、丘脑及胼胝体表面的脑膜的软脑膜和蛛网膜部分及其相关的动脉血管系统,同时从侧脑室中采集脉络丛组织。该目标通过以下步骤实现:首先,移除松果体,并将紧贴前脑的脑膜及动脉树状结构分离;其次,从腹侧的威尔氏环开始,仔细剥离皮层表面的动脉和小动脉,然后逐步向背侧皮层表面推进,使软脑膜及残余的蛛网膜尽可能保留在血管组织上,同时尽量减少邻近皮层表面组织的混入。
接下来,将皮层和连合纤维从隔区和海马体上分离,暴露侧脑室,以便采集脉络丛。最后,移除海马体,暴露丘脑和中脑胼胝体。随后解剖该区域表面的脑膜及相关血管结构。
最终,通过比较这些区域各自的基因表达谱,可以确定分离出的脑膜及其相关动脉血管以及脉络丛的完整性和特异性。该方法有助于回答与支持脑功能的血管系统相关的研究中的关键问题,包括脉络丛与脑膜及其相关动脉血管在血流、脑脊液功能、神经毒性损伤和脑外伤等方面的功能相似性、比较及差异。
开始本实验方案时,将安乐死后立即取出的大鼠脑组织放入冰浴的生理盐水中浸泡五分钟。在解剖前让脑组织冷却足够的时间至关重要,以便将四层脑膜及其相关的动脉血管系统(MAV)从大脑皮层表面分离。随后,将脑组织置于一个底部有1厘米厚冰层的玻璃培养皿中,加入冰浴的生理盐水或pH为7.4的0.1摩尔磷酸盐缓冲盐水(PBS)。
所有解剖操作均应在脑组织大部分浸没于生理盐水的条件下进行。开始解剖时,将脑背侧朝上置于培养皿中,找到位于两半球之间最腹侧区域的松果体,其位置紧邻小脑前方,且位于脑膜表面或稍下方。
在丘脑上方,使用两把小型弯头镊子摘除松果体。注意松果体呈粉红色,与皮层颜色相似,但通常被脑组织取出时残留的血液和血管组织所包围。
接下来,将脑组织在培养皿中翻转至背面向上。然后分离覆盖在脑桥上的椎动脉、细小动脉及软脑膜与前脑的脑膜和血管结构。随后,开始移除MAV。
在解剖过程中,首先应从腹侧开始,处理大脑Willis环的主要动脉、大脑中动脉和大脑前动脉。接着,从一侧大脑半球开始,使用小弯头镊子在颈内动脉连接处后方切断后交通动脉,从而分离前脑中较靠前和靠后的动脉分支。然后对对侧大脑半球重复相同的操作。
现在用镊子夹住大脑中动脉(MCA)和前动脉,轻轻向腹侧背方向牵拉,使覆盖在腹侧前皮层的软脑膜血管(MAV)被抬升并翻转至嗅束上方。这样可去除大部分覆盖前皮层的MAV。将脑组织相对于培养皿旋转至45至90度角,以便松解围绕外侧皮层区域的MAV的外侧较前部分;夹住MCA及其伴行动脉,沿皮层表面轻柔地向背侧牵拉。
如有必要,可在解剖过程中使用镊子的尖端抬起并分离皮层中的主要动脉。现在,移除 MAV 后外侧区域的组织。请注意,在采集过程中最好在两个半球之间交替操作,以确保 MAV 始终保持低温和湿润状态;如果在分离 MAV 与皮层时遇到任何阻力,也应切换至另一侧半球进行操作。
最后,为了去除覆盖初级躯体感觉皮层和运动皮层的脑膜血管(MAV)最背侧区域,将脑组织背侧朝上,用镊子沿矢状窦末端分离该部分脑膜。采集到的这部分脑膜血管可暂时保存在冰冻生理盐水中,待后续检测与分析时使用,或冷冻保存以备后续处理。通常,覆盖大脑皮层最尾侧区域的脑膜血管仍会附着在组织上。
其去除过程将在本视频的后续部分展示。要移除脉络丛,首先将脑组织背侧朝上放置,并用较大的镊子固定。然后将较小的镊子沿半球间的中线向下推进,并用其尖端刺穿皮层和胼胝体,进入海马中线的顶部。
接下来,使用镊子将带有胼胝体的皮层从背侧海马和隔区分离,以暴露大部分侧脑室。脉络丛可通过其全长走行的主要动脉所呈现的波浪状红线进行定位和识别。使用镊子的两个尖端撬开第三脑室的侧壁,并在其最尾端将其扩大。
然后用小镊子将脉络丛的这一端游离出来。接着,用镊子扩大位于隔区与尾状壳核区域之间的最前部区域,并在此端也将脉络丛完全游离。同样对对侧半球执行相同操作,以获取另一侧残留的脉络丛。
同样,该组织可暂时保存在冰上、冷盐水中,或冷冻以备后续处理。为去除覆盖皮层最尾侧区域的剩余脑膜血管(MAV),首先需将双侧半球的整个海马体移除,从而暴露丘脑和上丘表面的 MAV。需要注意的是,与皮层区域相比,去除残留 MAV 在丘脑和上丘区域的操作难度会显著降低。
通过抓握覆盖在丘脑前部的较大血管,并轻柔地向外牵拉,可见该血管与上脑室旁网络相连,为背侧海马和背侧丘脑网络供血。继续轻柔牵拉,最终可游离上脑室旁网络,从而暴露尾端的脑室旁动脉环的最后部分。此时需更加小心,以清除颗粒样后带初级听觉皮层和视觉皮层表面残留的任何微小动脉血管(MAV)。
若需分别分析,则应将第二次丘脑和胼胝体切片时获取的任何残留后腹侧皮层MAV去除,并加入首次分离的皮层MAV切片中。接下来,为在对照条件下比较纹状体、顶叶皮层与MAV区域之间的基因表达谱,可采用Agilent 0 1 4 8 7 9 全鼠基因组4×44,060碱基寡核苷酸芯片进行基因表达分析。有关样品处理、扫描及初始数据存储的更多细节可参见Thomas等人的研究。
当解剖操作正确时,所获得的MAV组织应为两个完整的部分,总重量约为35至45毫克。最初解剖得到的、覆盖大部分皮层的MAV组织重量应约为25毫克,而覆盖丘脑、胼胝体和枕叶皮层的MAV组织重量应约为15毫克。
由于脉管系统中残留的血液,组织应呈现轻微的粉红色。所采集的双侧脉络丛应为两个完整的组织样本,每个样本重一到二毫克,如此处所示。此处我们观察了在对照条件下纹状体、顶叶皮层和MAV中基因表达谱的比较。
上方图表显示了纹状体与顶叶皮层相比的基因表达情况。下方图表则显示了MAV与顶叶皮层相比的基因表达情况,可以看出,纹状体与顶叶皮层之间的基因表达关系比MAV与顶叶皮层之间更为接近。此处我们观察到MAV在高热条件下相对于对照组、安非他明处理相对于对照组,以及高热相对于安非他明处理时的差异基因表达情况。
最后,我们在此处看到,在MAV中相较于顶叶皮层和纹状体,表达水平高出15倍以上的基因按功能分类的结果。这些基因中的许多与血管系统和/或免疫系统相关。其他具有显著倍数变化的基因包括细胞外基质蛋白、溶质转运蛋白以及脂质和视黄酸代谢相关基因。
在进行该操作时,重要的是在解剖中脑腹侧被盖区(MAV)时保持耐心。在整个解剖过程中,还必须确保脑组织始终浸没在等渗盐水或磷酸盐缓冲盐水(PBS)中。此外,建议在获取用于产生实验数据的组织之前,先在四到五只大鼠身上练习MAV的解剖操作。
本视频展示了一种收获脑表面血管系统和脉络丛的方法,这些结构对于维持脑血流和脑脊液稳态至关重要。
该方法可使生物制药研究人员分离并分析两种关键的神经血管结构——脑膜相关血管系统(MAV)和脉络丛,从而支持中枢神经系统药物发现中的靶点验证。通过提供适用于基因表达谱分析的生物化学活性组织,该方法有助于降低与神经退行性疾病及神经精神疾病相关的血管和体液稳态通路的机制性风险。该策略通过将血管功能与苯丙胺暴露和高热等神经毒性损伤关联起来,提高了早期发现阶段的预测可信度。
该方法适用于早期发现阶段,可支持基于假设的靶点验证,并通过阐明血管通路推动先导化合物的鉴定。