一种基于微 ct 的小动物脑损伤和定位电极表征方法
2018年11月8日
本文介绍了一种简单的方法来准备小动物大脑的微 ct 成像, 其中病变可以量化和电极定位在整个大脑的上下文中具有较高的精度。
这种方法通过提供一种更简单、更不容易出错的方法和更多的定量方法来验证病变和定位电极位置，从而有助于回答神经科学领域的关键问题。这种技术的主要优点是，它允许验证整个大脑的病变和电极位点，而无需分段。最终产品是大脑的数字3D体积，多个大脑可以并行处理。
虽然这种方法将在大鼠身上得到证明，但它也可以应用于其他生物体，如老鼠和斑马雀。一般来说，对这种方法的新鲜人将很难，因为有些步骤需要特别小心，以确保最佳结果。首先，将提取的大脑放在50毫升锥形管中。
将样品储存两到三天，在摄氏四度下轻轻摇晃。确保在水中稀释，而不是缓冲液。这是因为水会起到温和的洗涤剂，使奥斯米深入组织。
在双蒸馏水中准备 50 毫升 2%的三氧化钛。然后将大脑放在一个新的50毫升圆锥管中，并加入三氧化硅溶液。关闭管子，用石蜡膜密封，防止泄漏。
将密封的管子存放在四摄氏度下，轻轻摇晃两周。确保管子水平放置。大脑非常厚，通过扩散旅行的方式很长。
水平放置管将允许奥斯米深入组织。样品孵育两周后，用双蒸馏水洗五次，从样品中去除所有未绑定的三氧化硅。接下来，用双蒸馏水在4摄氏度下清洗样品30分钟。
用四种乙醇稀释代替双蒸馏水，使样品脱水。要开始树脂渗透过程，请将样品通过三个丙酮和三个丙酮树脂稀释，然后在室温下将样品浸入 100% 树脂中，继续渗透过程。在此之后，将样品转移到一次性模具中。
在室温下，用新鲜 100% 树脂注入样品四个小时。在45摄氏度下在真空烤箱中解气15分钟。然后在烤箱中固化样品48小时，温度为60摄氏度。
最后，当样品固化完成后，剥离一次性模具，然后用 Micro-CT 机器扫描。在传统的分段中，大脑的方向必须预先确定。使用这种 Micro-CT 方法，样本大脑的数字体积可以三维操作，并且几乎在任何方向进行切片。
扫描准备好的大鼠大脑的电子显微镜，确认在微CT成像方面，组织没有明显受损。根据该协议，还准备和扫描斑马雀脑，以测试这种方法在其他小动物大脑中的效用。这种技术可以用来发现大脑的表面病变，以及大脑深处的病变。
该技术还可用于原位单四分体、电解病变、电极轨道、原位四分位阵列和原位硅探针的位置。在尝试这个程序时，重要的是要记住让大脑孵育足够长的时间，有足够的激动。按照这个程序，可以执行其他方法，如光遗传学和双光子成像，以回答有关不同大脑区域在不同行为中的作用的其他问题。
这项技术可以让神经科学领域的研究人员更好地探索大脑与大鼠、老鼠、鸣鸟和其他小动物行为之间的结构-功能关系。不要忘记，在执行此过程时，应始终使用 osmium 非常危险，并应采取预防措施，例如戴上手套和在真空罩中工作。
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概述
本文描述了一种用于准备小动物大脑，特别是大鼠大脑，以进行微型CT成像的方法。该技术旨在量化病变并精确定位电极，无需切片，从而生成大脑的全面3D数字体积。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 成像技术
- 病变分析
背景
- 微型CT成像允许对大脑结构进行非破坏性分析。
- 传统的切片方法容易出错，并限制了定位的灵活性。
- 该方法增强了分析病变和电极放置的能力。
- 适用于不同的小动物，如小鼠和斑马雀。
研究目的
- 开发一种简化且错误较少的微型CT成像准备方法。
- 提供病变和电极的准确定位。
- 为增强分析促进大脑样本的3D操作。
使用的方法
- 主要平台是已准备好的大脑样本的微型CT成像。
- 关键的生物模型是大鼠大脑，但该方法适用于其他小动物。
- 该方法涉及特定的孵育期和使用四氧化锇进行组织准备。
- 关键步骤包括水平管放置和多次洗涤步骤，以确保四氧化锇的渗透。
- 最终的准备包括树脂固化和使用Micro-CT机进行扫描。
主要结果
- 该方法允许可视化表面和深部大脑病变。
- 它能够在保持组织完整性的同时准确识别电极轨迹和病变。
- 扫描的样本显示组织损伤很小，证实了该技术的适用性。
- 该程序可以支持光遗传学和双光子成像等进一步实验。
结论
- 这项研究展示了一种有效的方法，用于准备动物大脑以进行使用微型CT的详细分析。
- 该技术使研究人员能够在不损坏样本的情况下探索神经元行为和结构关系。
- 总的来说，它增强了神经科学研究理解大脑机制的能力。
常见问题
Executive Industry Relevance
Accurate lesion characterization and electrode localization are critical for validating mechanistic hypotheses in neuroscience-driven drug discovery. This micro-CT-based workflow enables high-resolution, quantitative mapping of brain interventions, reducing manual error and supporting reproducible, cross-study comparisons. The approach enhances predictive confidence at the target validation and preclinical model inflection points, directly impacting translational continuity and portfolio decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise verification of lesion placement and electrode localization for mechanistic de-risking.
- Supports functional target validation by providing 3D anatomical context for intervention sites.
- Facilitates quantitative comparison of experimental manipulations across studies and models.
Screening & Assay Development
- Prepares validated brain models for downstream functional assays and behavioral studies.
- Standardizes lesion and electrode mapping, improving reproducibility and assay reliability.
- Generates digital volumes suitable for automated or manual segmentation and analysis.
Translational & Preclinical Research
- Aligns anatomical intervention data with behavioral and functional outcomes in disease-relevant systems.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by supporting multi-modal data integration.
- Reduces biological ambiguity in preclinical models, informing risk-adjusted advancement decisions.
Pipeline & Workflow Integration
This micro-CT method integrates at the interface of discovery biology and preclinical model validation, bridging anatomical verification with functional and behavioral readouts.
- Discovery Biology: Provides quantitative, 3D verification of experimental manipulations for hypothesis testing and pathway clarification.
- Screening: Delivers reproducible, high-resolution anatomical data to support assay readiness and cross-study standardization.
- Analytics: Enables digital measurement and comparison of lesion volumes and electrode positions across conditions.
- Translational Research: Supports alignment of anatomical and functional data for disease-relevant model validation.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, digital workflow adaptable to multiple small animal models and experimental paradigms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation studies.
- Operational Value: Streamlines verification processes, enabling parallel sample processing and digital archiving.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality by standardizing anatomical validation across programs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing robust, quantitative anatomical data for model selection and advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in tissue preparation, micro-CT imaging, and digital volume analysis.
- Demands access to micro-CT instrumentation and compatible analysis software (free or proprietary).
- Necessitates rigorous cross-team standardization of sample handling and imaging protocols.
- Adaptable to various small animal models with protocol adjustments for tissue size and composition.
- Safety precautions are essential due to hazardous reagents such as osmium tetroxide.
