2015年9月16日
啮齿类动物是研究行为和复杂精神疾病分子基础的合适模型。通过在清醒啮齿类动物中进行脑部微量注射,可用于阐明疾病的神经生物学基础。本文介绍了一种高效且可定制的脑部微量注射方法,以及用于量化动机的工具性条件行为范式。
本实验的总体目标是精确制备套管和微注射器,并正确执行微注射操作。首先,需将套管制备成适当长度,以实现这一目标;第二步是切割并组装微注射器。
接下来,准备显微注射仪、导管和用于显微注射的泵。最后一步是完成显微注射,并等待一段扩散时间。最终,显微注射可用于将试剂精确注入目标脑区,以展示正确的操作方法。
显微注射操作将由我实验室的学生 Ryan Poland 完成。通常,初次接触该方法的研究人员会遇到困难,因为必须格外小心,每一步骤都需要高度专注,以确保导管放置位置和显微注射位点的准确性。首先准备导管:使用细头笔在胶带上画一条15毫米的参考线。
然后使用该标记作为引导,用锐利的永久性记号笔在导管上依次标出15毫米的段落。接下来,将导管轻触旋转工具上缓慢转动的切割片,进行切口。在已标记的位置,将导管旋转180度,并在导管的对侧进行切口。
不要完全切断导管,以免造成堵塞。随后,将导管剧烈弯折,使其断裂成15毫米的节段。然后用拇指和食指将套管的每一端垂直夹在切割片上。
将套管导管的管端在截断的圆盘表面轻轻旋转摩擦,以形成钝端。随后,使用26号斜面针头对套管的两端进行扩孔,以确保彻底去除毛刺并保证套管通畅无阻。为制备针芯,取一个套管在其中段位置用中等重量的直止血钳夹紧,将已锁定的止血钳平放在实验台上,使套管与实验台呈垂直方向。
然后将阿托导丝的一端插入套管,直至导丝到达操作台面。用手指捏住导丝弯曲,使导丝形成30度角,同时保持穿刺针芯与操作台面接触。随后将导丝从套管中取出,并用小型斜口钳在弯曲处近端2.5毫米处剪去多余部分。
在此操作中,使用一把锁定的直止血钳垂直夹住微注射管的一端。在保持管路张力的同时,扭转止血钳,并将管路紧密缠绕在止血钳上至少一圈。接着,从微注射管另一端的自由端量取32毫米,用第二把止血钳垂直夹住该位置。
保持张力的同时反复弯折导管,直至其断裂。然后检查显微注射导管,确保两端平直,且内径无阻塞。在卷尺上用记号笔画一条5 mm的参考线,并依次标记套管导管上每5 mm的分段。
接下来,将套管软管接触已标记位置的缓慢旋转的切割片,以在软管上刻出凹槽。然后迅速弯曲微注射器套管软管,将其折成五毫米长的小段。将一个套管从微注射器管末端约两厘米处滑入,套在每根微注射器管上。
在微注射管的一端距末端五毫米处涂抹少量超级胶水。接着,将套管滑过胶水珠,使其位于微注射管末端一毫米处。然后,用胶水覆盖套管的两端。
然后将一个26号针头连接到装有无菌水的1毫升注射器上。将8厘米长的微量注射器塑料管滑到针头上,注意不要刺穿管子,之后将塑料管的另一端套在干燥的微量注射器的套管端。推动注满水的注射器活塞,以检测通路是否通畅。在此步骤中,从与套管端相对的一端起15毫米处,将组装好的微量注射器弯曲95度。
接下来,将塑料导管剪切成70厘米长,并将其套在显微注射器的套管上。为准备用于显微注射的泵,请在泵管上设置显微注射针的直径、期望输注速率和目标注射体积。然后将泵模式设为体积模式,以便自动精确输送指定体积。
接下来,调整泵的限位器,使注射器能够吸入注射体积外加额外0.2微升的液体。现在将气密注射器的针尖插入盛有无菌水的小型移液船中,并轻轻抽动活塞,以均匀润滑内部金属丝。将泵上的活塞拉至限位器位置,用水充满显微注射针。
下一张幻灯片。将连接到微注射器上的PE 20管连接至一支装有1毫升无菌水的一次性无菌注射器的26号针头上。通过微注射器喷出无菌水,观察喷雾的模式和喷射距离。
然后将已灭菌的微量注射器放置于无菌区域。将管路从针头滑脱,保持注射器直立以防液体滴出,于针头损伤部位下方剪断管路。接着,轻微推动微量注射器的活塞,使针头末端形成一滴液体,再将充满水的PE 20管路套入针头。
随后,将推杆完全向前推动,以准备样品加载,并确保微量注射器中无任何乙醇残留。通过用干净的实验室擦拭纸多次接触微量注射器尖端形成的水滴,检查装置是否漏液。然后将注射器推杆向后拉动 0.2 微升,以在无菌水与 PE 20 管路及待注射溶液之间形成一个气泡。
然后,将微量注射器插入待注射的试剂中,缓慢向后拉动注射器活塞至限位处。为准备动物注射,将大鼠的胸部紧贴实验者的胸部。用浸有聚维酮碘的棉签清洁套管周围的区域。
用碘伏擦拭套管帽三次,然后用乙醇擦拭两次。接着将装满液体的微量注射器插入套管中。启动微量注射泵,并观察气泡的移动情况。
注射完成后,将微量注射器从套管中取出,并换上封闭栓。该图显示通过微量注射病毒转染伏隔核星形胶质细胞区域的结果,该图显示通过激活在伏隔核中过表达的转基因,显著降低了大鼠自我给予乙醇的动机。在戒断后,通过系统给予CNO激活伏隔核核心区星形胶质细胞位点中的DREADD,与给予溶剂CNO的对照组相比,显著降低了大鼠自我给予乙醇的动机;而在另一组经过同等训练、表达GFP而非DREADD的大鼠中,CNO无此效应。
该技术可实现定制化的脑部微量注射工具,并为实验操作提供更大的灵活性。在进行该操作时,必须牢记精确的微量注射定位对于实现预期效果至关重要。
本文介绍了一种在清醒啮齿类动物中进行脑部微量注射的方法,旨在研究行为和精神障碍的分子基础。该方案详细描述了套管和微量注射器的制备过程,强调了微量注射操作中的精确性和注意事项。
精确的脑部微量注射技术能够对驱动动机行为的分子基础进行机制性探究,这是神经精神类药物治疗靶点验证过程中的关键环节。该技术通过在与疾病相关的系统中对特定神经回路进行可控性干预,有助于降低治疗假说的风险,从而提高临床前模型的预测可信度。将该技术与递增比率筛选等定量行为学检测方法相结合,可实现从靶点结合到功能输出的转化连续性,为中枢神经系统药物研发中的项目决策提供依据。
该方法可整合到从靶点验证、先导化合物鉴定到临床前评价的整个发现流程中,尤其适用于以动机行为作为关键表型读数的中枢神经系统疾病适应症。