Name: 固定超声换能器用于小鼠脊髓神经调控 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-08-01T14:55:00.000+00:00
Duration: 3 min 26 s
Description: 了解固定超声换能器技术，用于清醒自由活动小鼠的脊髓神经调控。该方法无需麻醉即可实现精准、无痛的重复性神经调节，为慢性疼痛和脊髓损伤研究提供可靠工具。

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本工作部分得到了香港大学深圳医院高层次人才科研启动项目（项目编号：HKUSZH202207003）的支持。我们诚挚感谢实验室全体成员在实验方案优化和动物护理方面的协助，以及中国科学院深圳先进技术研究院（SIAT）提供的机构支持。

本研究中描述的所有动物实验程序均经深圳先进技术研究院动物实验机构伦理委员会批准（证书编号：SIAT-IACUC-200721-YGS-NLL-A1313）。所有实验均使用雄性 C57BL/6J 小鼠（8 周龄）。小鼠在手术时体重为 18–22 g。
1. 麻醉诱导与维持（5 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>预先为麻醉回路充气5分钟。</li>
	<li>将诱导室设置为以2 L/min的气流速度输送含4%异氟烷的医用空气。给予卡洛芬（5 mg/kg，皮下注射）作为术前镇痛。</li>
	<li>在失去翻正反射后，切换至面罩通气。</li>
	<li>调节蒸发器，维持1.5–2%异氟烷浓度。</li>
	<li>使用设定为37 °C的加热毯维持小鼠体温，麻醉期间目标体温范围为36–38 °C。</li>
	<li>涂抹泰乐菌素眼膏。</li>
</ol>
2. 定位（1 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>使用可调节的小鼠立体定位适配器。</li>
	<li>将小鼠置于俯卧位，保持脊柱对齐，以维持脊柱的生理曲度。</li>
	<li>使用耳杆固定小鼠头部。</li>
	<li>对称放置四肢。</li>
</ol>
3. 手术区域准备（1 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>使用电动剪毛器（刀头间隙 0.1 mm）去除手术区域的毛发。</li>
	<li>确保脱毛区域约为 3 cm × 1 cm。</li>
	<li>沿与毛发生长相反的方向进行三次剪毛操作。</li>
</ol>
4. 切口与入路（2 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>消毒&#160;用碘伏对术区进行3次消毒&#160;（每隔30秒）每次随后用酒精擦拭。通过脚趾夹捏反应确认麻醉深度。</li>
	<li>触诊&#160;最后一根肋骨（在小鼠中连接至T13椎骨）并将其用作 
	主要解剖标志。在T13椎体水平沿纵向做一2.5 cm切口 
	使用解剖刀沿背侧中线切开。</li>
	<li>依次解剖皮下筋膜。</li>
	<li>通过解剖平面暴露椎旁肌。</li>
</ol>
5. 椎旁肌分离（5 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>将手术显微镜的放大倍数设置为5倍，以最佳观察椎旁肌肉和椎体结构。</li>
	<li>使用显微剪刀对椎旁肌肉进行锐性分离。</li>
	<li>完全切除背侧和外侧的椎旁肌肉，同时保留腹侧肌肉层。</li>
	<li>使用可吸收止血纱布控制出血。</li>
</ol>
6. 金属底座安装（1 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>将固定杆（塑料）安装到立体定位适配器上。</li>
	<li>将定制金属底座（不锈钢，0.28 g）安装在杆的远端（图1A）。</li>
	<li>将定制金属底座双侧放置于T13脊椎横突处。</li>
	<li>确认耦合稳定性。</li>
</ol>
7. 骨界面制备（2 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>在手术显微镜下清除椎板和棘突上的残留肌肉组织。</li>
	<li>使用无菌棉片加压实现完全止血。</li>
	<li>使用精密骨钻在持续生理盐水灌注下创建一个平面接触面。以5,000-10,000 rpm的转速操作骨钻，以最大限度减少产热。佩戴护目镜&#160;钻孔时佩戴面罩和口罩。</li>
	<li>用生理盐水浸湿的棉签清除骨粉。</li>
</ol>
8. 固定系统密封（3 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>按 3:1 的体积比混合义齿基托材料与氰基丙烯酸酯粘合剂（502 胶水）。佩戴丁腈手套和护目镜，以防接触皮肤或眼睛。</li>
	<li>使用该粘合剂混合物将超声准直器（塑料材质，0.6 g，图 1B）和金属基座固定到脊柱上（图 1C）。</li>
	<li>在受控环境条件下（24 ± 1 °C，相对湿度 40–60%）使粘合剂混合物固化。保持静置 60 秒，直至肉眼确认完全固化（表面光泽消失，形成刚性界面）。</li>
	<li>将金属基座与塑料固定杆分离。</li>
	<li>固定稳定性验证：在水平面内对金属基座施加轻微的旋转力。在 5 倍放大镜下观察准直器与椎骨界面是否存在位移（&#60;0.1 mm 公差）。若位移超过公差，需重新涂抹粘合剂混合物（步骤 8.2），并重复固化过程（步骤 8.3）。</li>
</ol>
9. 伤口闭合（1 ± 1 分钟）
<ol>
	<li>对齐创口边缘，完全包埋金属基底。</li>
	<li>使用4-0尼龙线进行间断缝合&#160;。</li>
	<li>用碘伏擦拭切口。</li>
	<li>清除准直器层流暴露区域内的残留血液和骨碎片，并用无菌棉填塞以封闭并止血。</li>
</ol>
10. 术后管理
<ol>
	<li>体温调节：将小鼠置于加热毯（37°C）上，直至其完全恢复自主活动能力（通常为麻醉后2–3小时）。</li>
	<li>术后抗生素预防：手术后立即通过皮下注射方式，在背部颈部区域注射头孢唑林钠（50 mg/kg，用0.9%生理盐水溶解至浓度为50 mg/mL）。</li>
	<li>保持伤口清洁卫生。术后前3天每天使用生理盐水润湿的棉签清洁伤口一次，并每日检查手术部位是否有感染、裂开或炎症迹象。</li>
	<li>术后镇痛：术后3天内每12小时皮下注射一次卡洛芬（5 mg/kg）11。 
	注意：图1D 显示了恢复后活体小鼠体内植入的固定系统。</li>
</ol>
11. 危险废物处理
<ol>
	<li>将骨粉和受血液污染的材料收集到贴有&#34;生物危害&#34;标识的防漏生物危害袋中，并运送至有资质的医疗废物处理机构。</li>
	<li>将未固化的义齿基托材料和502胶残留物放入标有&#34;化学废物&#34;标签的密封耐化学腐蚀容器中，并存放于指定的通风柜内，按照化学废物管理规程进行处置。</li>
	<li>将针头、手术刀片和骨钻放入标有&#34;生物危害&#34;标签的防刺穿锐器容器中丢弃。</li>
</ol>
12. 安全警示
<ol>
	<li>处理义齿基托材料时，应佩戴腈类手套和安全护目镜，避免直接接触皮肤；混合与固化操作应在通风良好的通风橱中进行，以尽量减少吸入挥发性单体。</li>
	<li>残余材料应根据机构规定作为化学废弃物处置。使用502氰基丙烯酸酯胶粘剂时，应避免接触皮肤或眼睛；若发生接触，须立即用清水冲洗15分钟，并寻求医疗帮助。应在通风区域使用，储存于阴凉干燥处，远离点火源，并避免与棉质或羊毛织物接触。</li>
	<li>使用精密钻具时，应固定好手机，佩戴面罩和外科口罩，并用生理盐水冲洗钻磨部位，以防止热损伤。</li>
</ol>

<ol><li>Song, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transspinal+focused+ultrasound+suppresses+spinal+reflexes+in+healthy+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromodulation%22%5BJournal%5D)">Transspinal focused ultrasound suppresses spinal reflexes in healthy rats.</a> Neuromodulation. 27 (4), 614-624 (2024).</li>
<li>Tsehay, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-intensity+pulsed+ultrasound+neuromodulation+of+a+rodent%27s+spinal+cord+suppresses+motor+evoked+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Low-intensity pulsed ultrasound neuromodulation of a rodent's spinal cord suppresses motor evoked potentials.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 70 (7), 1992-2001 (2023).</li>
<li>Kim, E., Kum, J., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trans-spinal+focused+ultrasound+stimulation+selectively+modulates+descending+motor+pathway%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Neural+Syst+Rehabil+Eng%22%5BJournal%5D)">Trans-spinal focused ultrasound stimulation selectively modulates descending motor pathway.</a> IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 30, 314-320 (2022).</li>
<li>Hong, Y. -R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+stimulation+improves+inflammatory+resolution%2C+neuroprotection%2C+and+functional+recovery+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Ultrasound stimulation improves inflammatory resolution, neuroprotection, and functional recovery after spinal cord injury.</a> Sci Rep. 12 (1), 3636(2022).</li>
<li>Hwang, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+in+traumatic+spinal+cord+injury%3A+A+wide-open+field%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Ultrasound in traumatic spinal cord injury: A wide-open field.</a> Neurosurgery. 89 (3), 372-382 (2021).</li>
<li>Liao, Y. -H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-intensity+focused+ultrasound+alleviates+spasticity+and+increases+expression+of+the+neuronal+K-Cl+cotransporter+in+the+l4-l5+sections+of+rats+following+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cell+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Low-intensity focused ultrasound alleviates spasticity and increases expression of the neuronal K-Cl cotransporter in the l4-l5 sections of rats following spinal cord injury.</a> Front Cell Neurosci. 16, 882127(2022).</li>
<li>Payne, A. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging-guided+focused+ultrasound+to+increase+localized+blood-spinal+cord+barrier+permeability%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Regen+Res%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging-guided focused ultrasound to increase localized blood-spinal cord barrier permeability.</a> Neural Regen Res. 12 (12), 2045-2049 (2017).</li>
<li>Fletcher, S. -M. P., Choi, M., Ogrodnik, N., O'Reilly, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+porcine+model+of+transvertebral+ultrasound+and+microbubble-mediated+blood-spinal+cord+barrier+opening%5BTitle%5D)+AND+%22Theranostics%22%5BJournal%5D)">A porcine model of transvertebral ultrasound and microbubble-mediated blood-spinal cord barrier opening.</a> Theranostics. 10 (17), 7758-7774 (2020).</li>
<li>Liao, Y. -H., Wang, B., Chen, M. -X., Liu, Y., Ao, L. -J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lifu+alleviates+neuropathic+pain+by+improvingthe+kcc2+expression+and+inhibiting+the+camkiv-kcc2+pathway+in+the+l4-l5+section+of+the+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plast%22%5BJournal%5D)">Lifu alleviates neuropathic pain by improvingthe kcc2 expression and inhibiting the camkiv-kcc2 pathway in the l4-l5 section of the spinal cord.</a> Neural Plast. 2021, 6659668(2021).</li>
<li>Song, W., Giannotti, A., Bekiaridou, A., Bloom, O., Zanos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+intensity+trans-spinal+focused+ultrasound+reduces+mechanical+sensitivity+and+suppresses+spinal+microglia+activation+in+rats+with+chronic+constriction+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Bioelectron+Med%22%5BJournal%5D)">Low intensity trans-spinal focused ultrasound reduces mechanical sensitivity and suppresses spinal microglia activation in rats with chronic constriction injury.</a> Bioelectron Med. 11 (1), 8(2025).</li>
<li>Glasenapp, A., Bankstahl, J. P., Bähre, H., Glage, S., Bankstahl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcutaneous+and+orally+self-administered+high-dose+carprofen+shows+favorable+pharmacokinetic+and+tolerability+profiles+in+male+and+female+C57bl%2F6j+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Vet+Sci%22%5BJournal%5D)">Subcutaneous and orally self-administered high-dose carprofen shows favorable pharmacokinetic and tolerability profiles in male and female C57bl/6j mice.</a> Front Vet Sci. 11, 1430726(2024).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本研究提出了一种新型的椎体耦合方案，可在清醒、自由活动的小鼠中实现对脊髓的精确超声神经调控。与传统的固定方法不同，该方法克服了常规固定技术的局限性。与需要持续麻醉（会抑制神经活动并干扰行为评估10）的刚性立体定位框架以及因脊柱运动易发生位移误差的弹性绑带9相比，该方法能够保留功能研究所需的关键自然运动行为。由于设备直接安装于脊柱骨上，显著降低了位移的可能性。该系统已专门用于下肢神经病理性疼痛小鼠模型治疗效果的初步探索，包括Von Frey纤维测试和冷板实验等行为学评估。未来的研究可进一步拓展其在更广泛科研领域的应用。
该方案的关键步骤包括三个连续阶段。第一，椎旁肌的显微外科分离（步骤5）需要在保留血管和神经完整性的前提下，仔细清除椎体表面残留的肌纤维。组织清除不彻底会影响换能器耦合效率，而意外损伤肌内血管或神经结构则可能导致出血并发症或呼吸功能受损。第二，骨界面准备（步骤7）要求在持续生理盐水冲洗下谨慎操作钻头，以防止热损伤。骨表面必须保持轻微湿润，以最大限度减少热量产生，并确保椎板几何...

脊髓是整合中枢神经系统与周围神经系统信息的关键枢纽，在疼痛信号转导、运动神经网络重建以及神经可塑性调控等临床研究领域具有重要价值。聚焦超声（FUS）作为一种新兴的无创神经调控技术，已成为脊髓神经调控的重要手段。凭借其能够穿透深层组织、达到毫米级空间分辨率以及能量输出参数可控等物理特性，该技术的应用已从基础神经机制研究拓展至多种脊髓病理模型的临床前转化研究。
研究表明，FUS 可通过热效应和机械效应以两种方式调控脊髓神经回路：抑制或激活神经活动。此外，FUS 具有时间上可逆以及对组织安全的特性1,2,3。在脊髓损伤模型研究中，FUS 通过调节炎症反应并促进神经修复，改善了大鼠的运动能力4,5,6。此外，FUS 已被证实可通过微泡介导的空化效应打开血-脊髓屏障，提高局部药物递送效率7,8。在神经病理性疼痛领域，Liao 等人证实，FUS 通过调控 KCC2 表达并抑制 CaMKIV-KCC2 通路，有效缓解了大鼠的神经病理性疼痛表现9。Song 等人证明，在腰段脊髓施加低强度 tsFUS 可显著减轻大鼠慢性压迫损伤模型中的机械性异痛，并抑制小胶质细胞活化10。实现 FUS 对脊髓的精确调控依赖于超声能量递送系统的空间稳定性。目前的固定策略主要分为两类：1）刚性固定法：通过使用立体定位框架实现精确定位，但需要持续麻醉，这会抑制实验动物的神经活动，影响行为学评估的有效性1,2,3,4,10；2）柔性固定法：采用弹性绑带装置，可在清醒动物中开展研究，但由于脊柱活动度较大，存在位移误差和换能器脱落的问题6,8,9。此外，椎板几何结构的异质性导致超声能量显著衰减，降低了神经调控的效率7,8。
本研究创新性地提出了一种可植入的聚焦超声换能器固定方案，用于清醒、自由活动小鼠脊髓神经调控研究。该方案采用微创手术方法，将金属基座、准直器与椎骨结构整合为一体，支持超声换能器的重复安装，确保超声靶点的一致性，并将超声能量经椎板传播时的衰减控制在可接受范围内。所建立的方法克服了现有技术的关键局限，从而可在清醒、行为自然的动物中开展更可靠且可重复的脊髓神经调控实验。关键参数包括在T13水平处作2.5 cm的正中切口、不锈钢金属基座的固定，以及义齿基托材料与氰基丙烯酸酯粘合剂按3:1的体积比混合使用。该方法的局限性包括手术具有中等程度的侵入性，以及骨面处理过程对操作者技术熟练程度的依赖性。

<table><tbody><tr><td>麻醉诱导室</td><td>Shenzhen RWD</td><td>https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/modeling/anesthesia-parts</td><td></td></tr><tr><td>氰基丙烯酸酯粘合剂（502胶）</td><td>北京化工厂</td><td>https://item.taobao.com/item.htm?&lt;br/&gt; detail_redpacket_pop=true&amp;amp;id=736&lt;br/&gt; 869038961&amp;amp;ltk2=1752156592779&lt;br/&gt; mdbp47qqp4vyv57mq156e&amp;amp;ns=1&amp;amp;&lt;br/&gt; priceTId=214780251752156543206&lt;br/&gt; 3926e1996&amp;amp;query=502%E8%83%&lt;br/&gt; B6%E6%B0%B4%20%E5%8C%97&lt;br/&gt; %E4%BA%AC%E5%8C%96%E5%&lt;br/&gt; B7%A5%E5%8E%82&amp;amp;skuId=52584&lt;br/&gt; 34238219</td><td></td></tr><tr><td>义齿基托材料</td><td>新世纪齿科</td><td>https://www.sncdental.com/product-item-11.html</td><td></td></tr><tr><td>固定杆</td><td></td><td></td><td>Custom</td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>Shenzhen RWD</td><td>https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/modeling/anesthesia-parts</td><td></td></tr><tr><td>金属基座</td><td></td><td></td><td>Custom</td></tr><tr><td>显微手术器械&amp;nbsp;</td><td>深圳市众世科学仪器有限公司</td><td></td><td></td></tr><tr><td>精密钻机</td><td>Shenzhen RWD</td><td>https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/modeling/auxiliary-equipment</td><td></td></tr><tr><td>小动物多通道麻醉系统</td><td>Shenzhen RWD</td><td>https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/modeling/anesthesia/data_66.html</td><td></td></tr><tr><td>小鼠与幼年大鼠立体定位适配器</td><td>长沙迈越</td><td>https://item.taobao.com/item.htm?abbucket=14&amp;amp;detail_redpacket_pop&lt;br/&gt; =true&amp;amp;id=651346369142&amp;amp;ltk2=1752&lt;br/&gt; 157416717wlsrozz5uroehtbq5ycim4&lt;br/&gt; &amp;amp;ns=1&amp;amp;priceTId=214781ce1752157&lt;br/&gt; 3520498589e101a&amp;amp;query=%E8%84&lt;br/&gt; %91%E7%AB%8B%E4%BD%93%E5%AE%&lt;br/&gt; 9A%E4%BD%8D%E4%BB%AA%20%&lt;br/&gt; E9%95%BF%E6%B2%99%E8%BF%&lt;br/&gt; 88%E8%B6%8A&amp;amp;skuId=4891677573&lt;br/&gt; 207&amp;amp;spm=a21n57.1.hoverItem.14&amp;amp;&lt;br/&gt; utparam=%7B%22aplus_abtest%&lt;br/&gt; 22%3A%22a478799868a3178d0dd&lt;br/&gt; 433b763909e16%22%7D&amp;amp;xxc=&lt;br/&gt; taobaoSearch</td><td></td></tr><tr><td>手术显微镜</td><td>深圳市众世科学仪器有限公司</td><td>https://www.rwdls.com/product-solutions/life-sciences/modeling/auxiliary-equipment</td><td></td></tr><tr><td>外科缝合线（Prolene）</td><td>Ethicon (Johnson &amp;amp; Johnson)</td><td>https://item.taobao.com/item.htm?abbucket=14&amp;amp;detail_redpacket_pop&lt;br/&gt; =true&amp;amp;id=774292384846&amp;amp;ltk2=&lt;br/&gt; 1752157506907c0321finubb5&lt;br/&gt; rpkub6av6n&amp;amp;ns=1&amp;amp;priceTId=&lt;br/&gt; 214781ce1752157493734800&lt;br/&gt; 4e101a&amp;amp;query=%E5%BC%B&lt;br/&gt; A%E7%94%9F%E7%BC%9D&lt;br/&gt; %E7%BA%BF&amp;amp;skuId=594224&lt;br/&gt; 1331046&amp;amp;spm=a21n57.1.hoverI</td><td></td></tr><tr><td>泰乐星眼膏</td><td>Pfizer</td><td>https://theterramycin.com/terramycin-ophthalmic-ointment/</td><td></td></tr><tr><td>超声准直器</td><td></td><td></td><td>Custom</td></tr></tbody></table>

用于小鼠脊髓神经调节的超声换能器固定方法

Fixation of Ultrasound Transducers for Spinal Cord Neuromodulation in Mice

聚焦超声（FUS）作为一种创新的非侵入性神经调控技术，已展现出在脊髓神经调控方面的重要潜力。然而，沿脊柱实现超声换能器的稳定固定仍面临显著的技术挑战。现有的固定方法通常需要长时间的动物麻醉，或存在粘附可靠性不足的问题。这些关键限制凸显了开发一种新型固定范式以确保操作稳定性与生理相容性的迫切需求。本实验方案介绍了一种用于清醒、自由活动小鼠脊髓刺激的创新性超声换能器固定系统。建立一种可靠的方法以实现超声换能器在椎体上的精确定位，是神经刺激实验的关键。该方法包含三个阶段：暴露T13椎体、精确磨除棘突以形成平面接触界面，以及使用义齿基托材料和粘合剂混合物将金属底座和准直器牢固粘接至椎体。该技术允许动物自由活动，实现自然的运动行为，同时确保各次实验间位置稳定且空间偏差最小，有助于在清醒动物模型中开展超声介导的脊髓干预研究。该方法特别适用于涉及脊髓损伤修复、血-脊髓屏障调控及慢性疼痛机制等需要行为学评估的研究。通过解决清醒动物神经调控研究中的一项关键技术难题，本方案提供了一种无运动限制的稳定换能器-脊柱界面，为获得更准确、可靠的实验结果奠定了基础。

旷场实验 
旷场实验旨在评估小鼠在手术后可能出现的行为变化（图2A）。采用标准的40 cm × 40 cm旷场箱，以确保小鼠拥有足够的活动空间，同时维持相对一致的环境条件并尽量减少外界干扰。实验包括两个阶段：术前阶段和术后7天阶段。在每个阶段，均进行10分钟的视频记录，以记录小鼠的行为表现。使用SMART软件分析所采集的视频，精确测量小鼠的总移动距离，从而量化其活动水平。本实验共涉及6只小鼠，每只小鼠的术前和术后数据均被记录，并进行配对，用于后续统计分析。
采用 GraphPad 软件进行 Wilcoxon 符号秩检验，以确定手术前后阶段小鼠总移动距离是否存在显著差异。结果显示，p 值为 0.1562，显著高于统计学显著性阈值 0.05（图 2B）。这表明小鼠在手术前后的总移动距离之间无统计学上的显著差异。进一步分析差异发现，尽管部分小鼠在手术后总移动距离有所变化，但整体未呈现一致的趋势，且变化幅度未达到统...

本方案描述了一种专为清醒小鼠脊髓超声刺激设计的超声换能器固定系统。该方法采用一种固定装置，可在确保超声换能器精确定位的同时，允许实验动物自由活动，而不会影响刺激的精确性。

聚焦超声（FUS）作为一种创新的非侵入性神经调控技术，已展现出在脊髓神经调控方面的重要潜力……

我们的研究开发了一种植入式固定系统，可在清醒、自由活动的小鼠中实现对脊髓的精确超声神经调控，用于慢性疼痛和脊髓损伤研究。除了脊髓聚焦技术的进步（如微生物药物递送）外，新兴的脑-脊髓接口现在将超声与神经解码相结合，以恢复损伤后的运动功能。此前，在清醒小鼠中缺乏稳定的脊髓超声固定方法，本方案填补了这一空白，能够在无需麻醉或发生位移的情况下实现无痛、可重复的神经调控。我们的植入装置能够在清醒小鼠中实现长期精确的脊髓神经调节，从而加速对疼痛环路、脊髓损伤修复以及微创脑-脊髓接口的研究。首先，使用可调节的立体定位适配器固定一只麻醉后的小鼠。采用刀头间隙为0.1毫米的电动剪毛器，去除手术区域的毛发。触诊小鼠与 T13 椎骨相连的最末肋骨，并以此作为切口定位的解剖标志。随后使用手术刀在 T13 椎体水平沿背部正中线做一 2.5 厘米长的切口。接着使用显微剪刀锐性分离椎旁肌，以暴露椎骨。将定制的金属基座置于第13胸椎（T13）横突的双侧位置。操作过程中需佩戴护目镜和口罩，以确保安全。随后，使用转速为5,000至10,000转/分钟的精密骨钻，在生理盐水灌注的同时磨出一个平面接触面。使用氰基丙烯酸酯粘合剂将超声波准直器和金属基座固定到脊柱上。待粘合剂固化后，将金属基座与塑料固定杆分离。然后使用4.0尼龙缝线进行间断缝合以关闭切口。在开放旷场实验中，小鼠移动的总距离在术前和术后阶段之间无显著差异。超声能量在穿过小鼠椎板后，在焦点处衰减了39.94%，中心最大压力从746千帕下降至448千帕。冷板测试显示，假手术组的小鼠爪退缩潜伏期相较于对照组显著缩短，但在接受低强度脉冲超声治疗的LIPUS组中恢复至接近对照组水平。

fixation-ultrasound-transducers-for-spinal-cord-neuromodulation

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

固定超声换能器用于小鼠脊髓神经调控

一种微创方案，用于稳定小鼠脊柱并进行重复性操作 体内...

体内 使用双光子显微镜对小鼠脊髓进行成像

本视频介绍了一种通过微泡介导的聚焦超声（FUS）产生短暂开放来暂时性破坏血脑屏障（BBB）的方法。这些短暂的局部血脑屏障开放最终可用于将较大分子量的药物直接递送至脑实质。...

基于聚焦超声的微泡介导血脑屏障开放：一种通过声孔效应在小鼠血脑屏障中创建局部瞬时开放的技术

我们介绍了一种在成年小鼠暴露的脊髓上植入并维持玻璃窗的方法，用于研究实验性自身免疫性脑脊髓炎。这些玻璃窗可长期提供对脊髓的光学通路，从而在活体动物中利用双光子显微镜在亚细胞水平上监测细胞动态。...

在实验性自身免疫性脑脊髓炎成年小鼠中植入玻璃脊髓窗

GABA能突触前抑制是脊髓中一种强大的抑制机制，在脊髓神经网络对运动和感觉信号的整合中具有重要作用。可通过记录背根电位（DRP）来测量初级传入纤维去极化的基础过程。本文介绍了一种在小鼠中进行体内DRP记录的方法。...

通过背根电位记录法测量小鼠脊髓初级传入抑制 在体 内

在本视频中，我们介绍了一种在活体小鼠背侧脊髓上方植入慢性光学成像窗口的操作流程。将对该成像窗口的结构、手术步骤以及慢性成像过程进行综述并演示。...

一种用于纵向研究的脊髓植入腔室手术操作步骤 体内 小鼠脊髓成像

本方案描述了将玻璃窗植入小鼠脊髓以通过活体显微镜观察的方法。...

小鼠椎板切除术与脊髓窗植入

本方案详细阐述了通过聚焦超声开放血脑屏障（BBB）进行基因递送的必要步骤，以及通过组织学检测评估基因表达水平和化学遗传受体神经调控活性的方法。...

聚焦超声诱导血脑屏障开放以靶向脑结构并评估化学遗传学神经调控

本方案描述了使用功能超声（fUS）对小鼠大脑中体积性脑血流动力学变化进行定量分析的方法。文中以麻醉状态和清醒状态的小鼠为例，提供了在感觉刺激后获得三维功能激活图以及静息态功能连接图的操作流程。...

利用经颅功能超声成像在小鼠中进行全脑三维激活与功能连接图谱绘制

通过静脉注射微泡并应用低强度聚焦超声（LIFU），可成功破坏血-脊髓屏障（BSCB）。本方案详细描述了在啮齿类动物模型中使用LIFU开放血-脊髓屏障的操作步骤，包括设备设置、微泡注射、靶点定位以及血-脊髓屏障破坏效果的可视化。...

利用低强度聚焦超声在大鼠模型中破坏血-脊髓屏障

该方案包括换能器制造、参数报告、手术操作以及信号记录，涵盖了在自由活动小鼠中同步进行聚焦超声神经调控和光纤光度记录的整个操作流程。...

自由活动小鼠中同步进行聚焦超声神经调控与光纤光度记录

了解固定超声换能器技术，用于清醒自由活动小鼠的脊髓神经调控。该方法无需麻醉即可实现精准、无痛的重复性神经调节，为慢性疼痛和脊髓损伤研究提供可靠工具。

用于小鼠脊髓神经调节的超声换能器固定方法

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