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Methodenartikel

Eine virale Vektorinjektion in das Rückenmark der Ratte für die retrograde neuronale Verfolgung

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7. August 2025

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Quelle: Keefe, K. M., et al. Die direkte Injektion eines lentiviralen Vektors hebt mehrere motorische Bahnen im Rückenmark der Ratte hervor. J. Vis. Exp. (2019).

Dieses Video zeigt die Injektion eines hocheffizienten retrograden Transportvektors (HiRet) in das Rückenmark von Ratten, um neuronale Signalwege zu verfolgen. Das Virus verfügt über Glykoproteine für den synaptischen Eintritt und ein fluoreszierendes Protein-kodierendes Gen. Die Nadel wird in das Rückenmark eingeführt und die Virussuspension wird mit einer kontrollierten Geschwindigkeit verabreicht. Die Nadel wird schließlich zurückgezogen, nachdem genügend Zeit für die Virusdiffusion gelassen wurde.

Protokoll

Alle Verfahren, an denen Tiermodelle beteiligt sind, wurden vom örtlichen institutionellen Tierpflegeausschuss und dem Tierprüfungsausschuss von JoVE überprüft.

1. Präoperative Vorbereitungen

  1. : Bereiten Sie gezogene Glasnadeln für die Virusinjektion einige Tage vor der Operation mit 3,5-Nanoliter-Glaskapillarpipetten vor, die für Nanoliter-Injektoren ausgelegt sind. Ziehen Sie jede Pipette an einem zweistufigen Nadelabzieher gemäß den Anweisungen des Herstellers, um Zweinadelschablonen zu erstellen.
  2. Verfeinern Sie die Spitze der Nadelschablonen, indem Sie ca. 1-2 mm überschüssiges Glas mit einer Mikroschere abschneiden. Messen Sie die ungefähre Blendengröße unter einem Mikroskop mit einem Mikroskop-Kalibrierobjektträger, um Nadeln mit 30-40 μm Öffnungen zu isolieren.
  3. Wenn die Nadel in einem Winkel von 30° positioniert ist, verwenden Sie eine Mikropipetten-Anfasmaschine, um eine Spitze mit einer Öffnung von 30-40 μm und einem abgeschrägten Winkel von 45° zu erzeugen. Überprüfen Sie die Blendenweite mit der Nonius-Skala auf dem Kalibrierungsträger. Führen Sie Wasser und Ethanol mit einer Spritze mit flexiblem Nadelaufsatz durch die Glasnadel, um Schmutz wegzuspülen, und markieren Sie die Nadel in regelmäßigen Abständen mit einem schwarzen Marker.
  4. Legen Sie die Nadeln in eine abgedeckte Petrischale, die zuvor mit 70% Ethanol gereinigt wurde, und sterilisieren Sie sie 30 Minuten lang in einer Biosicherheitshaube unter ultraviolettem oder UV-Licht.
  5. Bereiten Sie ein
  6. hocheffizientes retrogrades Transport-Lentivirus (HiRet) vor, indem Sie unmittelbar vor dem Eingriff ein geeignetes Volumen aus dem Gefrierschrank entnehmen.
    HINWEIS: Ein geeignetes Volumen umfasst die für die Injektion erforderliche Menge (1 μl pro Injektion x Anzahl der Injektionen) plus eine kleine Menge an zusätzlichem Volumen, um Pipettier- und Ladeverluste zu berücksichtigen. Transportieren und lagern Sie das Virus bei Nichtgebrauch auf Eis.
  7. Bereiten Sie den Injektor vor, indem Sie ihn an die Mikropumpe anschließen und in einen Mikromanipulator mit einer Nonius-Skala einsetzen.
  8. Um die Glasnadel vorzubereiten, füllen Sie vorsichtig einen farbigen Farbstoff wie rotes Öl mit einer Spritze, die mit einer flexiblen Nadel ausgestattet ist. Achten Sie darauf, dass keine Blasen in der Nadel verbleiben. Verwenden Sie beim Umgang mit der Nadel eine aseptische Technik und berühren Sie die Spitze nicht.
  9. Führen Sie die Glasnadel in den Injektor ein und stellen Sie sicher, dass die Nadel richtig in den Unterlegscheiben sitzt, die Injektorkappe fest angeschraubt ist und die Stahlinjektornadel etwa 3/4 der Länge der Glasnadel ausgefahren ist. Viren können in einem späteren Schritt in die Nadel geladen werden.

2. Anästhesie und Vorbereitung der Operationsstelle

  1. : Wiegen Sie das Tier auf einer digitalen Waage. Erfassen Sie das präoperative Gewicht, um das erforderliche Anästhesievolumen zu bestimmen und das Gewicht nach der Operation überwachen zu können. Weibliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von etwa 200–250 g wurden in diesem Protokoll verwendet.
  2. Betäuben Sie die Ratte entweder mit Isofluran-Inhalation oder einer injizierten Ketamin/Xylazin-Lösung (k/x). Hier wird Ketamin intraperitoneal in einer Dosierung von 67 mg/kg und Xylazin in einer Dosierung von 6,7 mg/kg injiziert.
  3. Bestätigen Sie eine geeignete Anästhesieebene, indem Sie den Fuß fest einklemmen. Wenn ein reflexartiger Entzug auftritt, warten Sie einige weitere Minuten, bevor Sie fortfahren.
    HINWEIS: Beobachten Sie auch die Schnurrhaare, die Augen und die Atemfrequenz auf Anzeichen von Bewusstsein. Wenn die Schnurrhaare zucken, das Auge blinzelt, wenn es sanft berührt wird, oder die Atmung schnell und flach ist, warten Sie, bis die Anästhesieebene tiefer ist, um mit dem Protokoll fortzufahren. Überwachen Sie diese Anzeichen auch während der Laminektomie und der Injektionsoperation. Wenn das Tier eine flache Anästhesieebene aufweist, verabreichen Sie eine Auffrischungsimpfung mit Ketamin, die nur der Hälfte der ursprünglichen k/x-Dosis entspricht.
  4. Rasieren Sie die Ratte entlang der dorsalen Mittellinie von den Hüften bis zum unteren Winkel der Schulterblätter. Ziehen Sie die Haut des Tieres straff, um eine einfachere und präzisere Rasur zu ermöglichen.
  5. Tragen Sie die Augensalbe auf beide Augen auf.
  6. Tragen Sie ein Antiseptikum auf die rasierte Stelle auf, um die Stelle zu sterilisieren. Für das erste Peeling tränken Sie sterile Gaze mit einer 5%igen Jodlösung und wischen Sie alle Haare und Ablagerungen ab. Ziehen Sie anschließend in eine einseitige Richtung mit steriler, in 70 % Ethanol getränkter Gaze, damit kein Bereich zweimal berührt wird. Wenden Sie die gleiche Technik mit abwechselnd in Jod und Ethanol getränkter Gaze noch zweimal an.

3. Vorbereitung des Operationsfeldes und der Instrumente

  1. Bereiten Sie ein Set autoklavierter chirurgischer Instrumente vor, die ein Skalpell, Rongeure, eine Rattenzahnzange, eine Federschere, Hämostaten, eine mittelpunktförmige gebogene Pinzette und Retraktoren oder gewichtete Haken enthalten, indem Sie die sterile Hülle auswickeln, um ein steriles Feld zu erstellen.
  2. Öffnen Sie eine Packung steriler OP-Handschuhe und legen Sie die sterile Handschuhbandage auf den Tisch. Nutzen Sie dies als zusätzliches steriles Feld für gebrauchte Werkzeuge, um eine Kontamination der sterilen Hülle zu verhindern.
  3. Lassen Sie eine #10 Skalpellklinge auf das sterile Feld fallen. Befestigen Sie die Klinge an einem Griff mit Hämostaten. Positionieren Sie sterile Kochsalzlösung, 4.0 Chrom-Catgut-Naht und Materialien zur Blutungskontrolle wie einen Kauterisator, sterile Gaze, sterile Applikatoren mit Wattespitze (für Muskelblutungen) oder Gelschaum oder Knochenwachs (für Knochenblutungen) an einer zugänglichen Stelle.
  4. Holen Sie das Tier zurück und legen Sie es auf ein steriles Tuch. Lege Gaze unter die Blase, um den Urin aufzufangen. Stützen Sie den Zielbereich mit einem zusammengerollten Handtuch unter dem Bauch ab. Falls verfügbar, legen Sie ein chirurgisches Heizkissen unter das sterile Tuch, insbesondere bei längeren Eingriffen.
    HINWEIS: Sterilität ist während der Überlebensoperation wichtig. Halten Sie eine Sprühflasche mit 70 % Ethanol bereit, um die Sterilität der behandschuhten Hände zu erhalten, und verwenden Sie einen Bead-Sterilisator, wenn die Sterilität der Instrumente beeinträchtigt ist, oder zwischen einzelnen Operationen.

4. Freilegen der Wirbelsäule und Identifizieren der Laminektomiestelle

  1. Identifizieren Sie den Bereich, in dem ein Hautschnitt vorgenommen wird, indem Sie mit den Fingern leicht auf die letzte Rippe drücken, um den Lendenwirbel oder L1-Wirbel zu lokalisieren. Nehmen Sie dies als Orientierungspunkt, machen Sie einen 3-4 cm langen Hautschnitt mit einem chirurgischen Skalpell #10, das knapp unterhalb von L1 endet, um den Muskel freizulegen. Halten Sie die Haut straff, indem Sie sie sanft verteilen und mit der Skalpellklinge fest andrücken, um einen sauberen Schnitt zu gewährleisten.
  2. Schneiden und verteilen Sie oberflächliches Fett bei Bedarf mit Pinzette und Schere. (Abhängig vom Zielwirbel kann es ein großes Fettpolster geben, das an der Oberfläche des Muskels liegt.)
  3. Fühlen Sie mit der flachen Skalpellklinge oder einem Finger nach den Dornfortsätzen. Oft wird der Mittellinienbereich auf beiden Seiten durch ein "V" aus weißen Faszien umrandet. Machen Sie einen kleinen rostralen Schnitt, damit Sie sich mit einer Rattenzahnzange sicher an einem oberen Prozess festhalten können, und machen Sie dann zwei lange, tiefe Schnitte so nah wie möglich an den Prozessen. An der tiefsten Stelle des Schnittes kann die dorsale Oberfläche der Wirbel mit der Skalpellklinge ertastet werden.
  4. Halten Sie die seitlichen Muskeln mit Retraktoren oder gewichteten Haken zur Seite, um die Sicht zu verbessern. Reinigen Sie die Muskeln um die Fortsätze herum mit einem Skalpell, einer Federschere oder einem Rongeur, um die Form ihres Kopfes zu bestimmen.
    HINWEIS: Denken Sie daran, dass sich das Rückenmark nicht über die gesamte Länge der Wirbelsäule erstreckt, da das Rückenmarksgewebe früher in der Entwicklung aufhört zu wachsen als der Knochen. Dies bedeutet, dass sich die Zielwirbelsäule unter einem anders benannten Wirbel befinden kann.
  5. Lokalisieren Sie den thorakalen oder T11 und die angrenzenden T12- und T13-Fortsätze.
    HINWEIS: Hilfe bei der Bestimmung der korrekten Wirbelhöhe finden Sie in einem Rückenmarksatlas der Ratte und früheren Studien, die Orientierungspunkte bei der Maus skizzieren, die eine sehr ähnliche Wirbelstruktur aufweist6,33. Lassen Sie einen rostralen Dornfortsatz, wie z. B. T9, ungestört, um einen Orientierungspunkt in der Mittellinie zu erhalten.

5. Durchführung einer Laminektomie

  1. Nachdem der Zielbereich korrekt identifiziert wurde, führen Sie eine Laminektomie der dorsalen Aspekte von T11-T13 durch. Spreizen Sie die Wirbel vorsichtig, um die Zwischenwirbelbänder freizulegen, die gute Stellen sind, um Rongeure für den ersten Knochenbiss einzusetzen. Halten Sie die Rongeurs in einer halbgeschlossenen Position, um die Feinsteuerung zu erhöhen.
  2. Entfernen Sie die Dornfortsätze und den dorsalen Aspekt der Wirbel, indem Sie kleine Bissen mit den Rongeuren nehmen. Achte darauf, das Rückenmark nicht zu beschädigen oder die Dura zu stören. Hebe sie mit der Rattenzahnzange leicht an, um das Rückenmark von den Wirbeln wegzuziehen und die Neigung zum Schlag auf das Rückenmarksgewebe zu verringern.
  3. Befreien Sie den Knochen von der Mittellinie, so dass das Blutgefäß in der Mittellinie sichtbar sein kann. Lassen Sie ein Fenster, das das Rückenmarksgewebe deutlich sichtbar und frei von Ablagerungen ist.
  4. Berühren Sie das Rückenmark vorsichtig mit einer Pinzette. Einige Tiere können reflexartig springen, auch wenn ihre Anästhesieebene tief ist. Tragen Sie einige Tropfen eines Betäubungsmittels wie Lidocain direkt auf das Rückenmark auf, um ein Springen während des Injektionsvorgangs zu verhindern.
  5. Sichern Sie das Tier in einer Wirbelsäulenhalterung, indem Sie eine stabilisierende Pinzette an den Dornfortsätzen rostral und kaudal am Laminektomiefenster befestigen. Heben Sie den Bauch des Tieres mit dem Wirbelsäulenhalter an, um den Effekt von Atembewegungen zu negieren. Dies erhöht die Stabilität der Nadel und sorgt für die richtige Injektionstiefe.

6. Laden des Virus und Positionieren des Injektors

  1. Laden Sie das Virus in den Injektor, indem Sie ca. 5 μl auf ein Stück Parafilm pipettieren und die Nadel so positionieren, dass sich die Spitze im Tropfen befindet.
  2. Verwenden Sie die Mikropumpe, um bis zu 4 μl Virus mit einer Geschwindigkeit von 20–100 nL/s zu entnehmen.
  3. Stellen Sie den Controller so ein, dass eine kleine Menge Virus aus der Nadel injiziert und freigesetzt wird, um sicherzustellen, dass die Spitze der Nadel nicht blockiert wird. Wischen Sie überschüssige Viren mit einem Labortuch ab.
    HINWEIS: Eine Hamilton-Spritze mit einer Stahlnadel kann als Alternative zu gezogenen Glaspipetten verwendet werden.
  4. Positionieren Sie den Mikromanipulator so, dass die Nonius-Skala sichtbar ist, und positionieren Sie die Nadel an der Mittellinie des Rückenmarks.
    HINWEIS: Die Mittellinie kann manchmal durch ein großes Blutgefäß lokalisiert werden, das auf der vorderen Oberfläche des Rückenmarks verläuft. Dies kann jedoch bei einzelnen Ratten variieren, und das Midline-Targeting sollte durch den Vergleich mit einem intakten Dornfortsatz bestätigt werden.
  5. Richten Sie die Nadel mit der Nonius-Skala am Mikromanipulator um 0,8 mm seitlich aus.
  6. Senke die Nadel auf das Rückenmark, bis sie die Dura einkerbt, aber nicht durchsticht. Mit einer schnellen Drehbewegung die Dura mit der Nadel einstechen, bis sie bis zu einer Tiefe von 1,5 mm eingesunken ist.

7. Injizieren des Virus in das Rückenmark

  1. Sobald die Nadel an Ort und Stelle ist, programmieren Sie den Injektor so, dass er mit einer Geschwindigkeit von 400 nL/min injiziert. Bestätigen Sie, dass das Virus in das Rückenmark eindringt, indem Sie den Fortschritt der Farbstofffront beobachten. Es sollte keine offensichtliche Leckage oder Ausbeulung des Rückenmarksgewebes geben. Wenn eine Leckage beobachtet wird, kann dies manchmal durch eine Reduzierung der Einspritzgeschwindigkeit auf 200 nL/min gemildert werden.
  2. Lassen Sie die Nadel nach Beendigung der Injektion 2–5 Minuten lang (je nach injiziertem Volumen) im Rückenmark ruhen, um die Diffusion des Virus zu erleichtern.
  3. Ziehen Sie die Nadel langsam zurück und begeben Sie sich zur nächsten Injektionsstelle. Injizieren Sie jeweils 1 μl Virus in eine von 6 gleichmäßig verteilten Stellen, die etwa 1 mm entlang der Länge des L1-L4-Rückenmarksgewebes voneinander entfernt sind. Für jede Injektion kann dieselbe Nadel verwendet werden, solange sie weiterhin ordnungsgemäß funktioniert.

8. Wundverschluss und postoperative Pflege

  1. Nehmen Sie das Tier aus der Wirbelsäulenhalterung und nehmen Sie Retraktoren oder Haken heraus, die zum Spreizen der Seitenmuskulatur verwendet werden. Stellen Sie sicher, dass die Wunde frei von allen Ablagerungen ist, bevor Sie sie schließen.
  2. Nähen Sie den Muskel mit einer 4.0 Chromic Catgut-Naht. Schneiden Sie die Nahtfäden in der Nähe des Knotens ab, um die Wahrscheinlichkeit von inneren Hautreizungen zu verringern.
  3. Heften Sie die Haut mit 9 mm gewickelten Klammern zu. Um eine optimale Heilung zu ermöglichen, richten Sie die Ränder der Haut vor dem Heften aus.
  4. Legen Sie das Tier auf ein Wasserkonvektions-Wärmekissen und überwachen Sie es, bis es wach ist.
  5. Injizieren Sie 5–10 ml sterile Kochsalzlösung subkutan, um Flüssigkeiten und ein Antibiotikum wie Cefazolin aufzufüllen, um eine Infektion zu verhindern. Wenn das Tier gehfähig ist, setzen Sie es zurück in seinen Heimatkäfig und geben Sie erste Analgetika. Überwachen Sie die Ratten auf Anzeichen von Schmerzen und Beschwerden und behandeln Sie sie gemäß dem von Ihrem Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigten Verfahren zur Schmerzlinderung.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
#10 SkalpellklingenRobozRS-9801-10Zur Verwendung mit dem Skalpell.
1-ml-SpritzenBecton, Dickinson and CompanyFür anästhetische IP-Injektionen, potenzielle Anästhesie-Auffrischungsimpfungen und Antibiotika-Injektionen.
10-ml-SpritzenBecton, Dickinson and Company309604Zur Injektion von Kochsalzlösung in das Tier nach der Operation.
4.0 Chromic Catgut NahtDemeTECHNN374-16Zur erneuten Bindung des Muskels während des Schließens.
48000 Mikropipette AnfaserWorld Precision Instruments32416Wird verwendet, um die Spitzen der gezogenen Glaskapillarrohre abzuschrägen, um funktionelle Glasnadeln zu formen.
5% JodlösungPurdue Products L.P.L01020-08Zur Verwendung bei der Sterilisation des Operationsfeldes.
70% EthanolN/AN/AFür die Sterilisation von neu präparierten Glasnadeln, Tiermodellen während der chirurgischen Vorbereitung und Chirurgenhänden während der Operation, sowie alle anderen geringfügigen Aufrechterhaltungen der Sterilität.
Anästhetikum (Ketamin/Xylazin-Lösung)Zoetis240048Um das Tier während der Operation in der richtigen Bewusstseinsebene zu halten.
Antibiotikum (Cefazolin)West-Ward PharmaceuticalsNPC 0143-9924-90Zur subkutanen Injektion zur Vorbeugung von Infektionen nach der Operation.
Bead-SterilisatorCellPoint5-1450Zur Wärmesterilisation von chirurgischen Instrumenten.
BonewaxFine Science Tools19009-00Zur Versiegelung von Knochen bei Knochenblutungen.
CauterizerFine Science Tools18010-00Zur Versiegelung von Arterien oder Venen, die während der Operation durchtrennt wurden, um übermäßigen Blutverlust zu verhindern.
DigitalwaageOkausREV.005Zum Wiegen des Tieres während der chirurgischen Vorbereitung.
Flexibler NadelaufsatzWorld Precision InstrumentsMF34G-5Zum Reinigen von Glasnadeln und zum Befüllen von Glasnadeln mit rotem Öl.
GelfoamPfizerH68079Zur Versiegelung des Knochens bei Knochenblutungen.
GlaskapillarrohreWorld Precision Instruments4878Für gezogene Glasnadeln - sollten für Nanoliter-Injektoren ausgelegt sein.
HaarschneiderOster111038-060-000Zum Reinigen der Operationsstelle von Haaren.
HämostatikaRobozRS-7231Für den allgemeinen Gebrauch in der Chirurgie.
KimwipesKimtech34155Für den allgemeinen Gebrauch in der Chirurgie.
Gebogene Zange mit mittlerem PunktRobozRS-5136Für den allgemeinen Einsatz in der Chirurgie.
Mikromanipulator mit einer Nonius-SkalaKanetecN/AFür präzises Zielen während der Operation.
MikroschereRobozRS-5621Zum Schneiden von Glasflüstern von frisch gezogenen Glaskapillarrohren.
Mikroskop mit Licht- und Nonius-Skala OkularLeitz WetzlarN/ADient zur Visualisierung und Messung der Abschrägung von gezogenen Glaskapillarrohren zu funktionsfähigen Glasnadeln.
Steuerung der MikroSpritzenpumpeWorld Precision Instruments62403Zur Steuerung der Injektionsrate.
Nanoliter 2000 Pumpenkopf-InjektorWorld Precision Instruments500150Zum kontrollierten Laden und Injizieren von Viren.
NadelabzieherNarishigePC-100Zum Erhitzen und Auseinanderziehen von Glaskapillarrohren zu Glasnadeln.
Ophthalamische SalbeDechra Veterinary ProductsRAC 0119Zum Schutz der Augen des Tieres während der Operation.
ParafilmBemisPM-996Zur Unterstützung des Ladens von Viren in den Nanoinjektor.
PrecisionGlide Nadeln (25G x 5/8)Becton, Dickinson and Company305122Zur Verwendung mit den 1-ml- und 10-ml-Spritzen, um die Injektion des Tiermodells zu ermöglichen.
RattenzahnzangeRobozRS-5152Zum Greifen von Dornfortsätzen.
Rotes ÖlN/AN/AZur Bereitstellung einer Front für die Visualisierung von Viren, die während der Injektion in das Gewebe eindringen.
RetraktorenRobozRS-6510Um die Operationswunde offen zu halten.
Rimadyl TablettenBio ServMP275-050Zur Schmerzbehandlung nach der Operation.
RongeursRobozRS-8300Zur Entfernung von Muskeln aus der Wirbelsäule während der Operation.
SkalpellklingengriffRobozRS-9843Zum Aufschneiden der Haut und des Fettpolsters eines Tiermodells während der Operation.
SchereRobozRS-5980Für den allgemeinen Einsatz in der Chirurgie.
Wundclips aus rostfreiem StahlCellPoint201-1000Zum Abbinden der Haut der Operationswunde während des Schließens.
Zange zum Entfernen von KlammernKent ScientificINS750347Um die Klammern zu entfernen, wenn sie falsch angebracht wurden.
Steriles TuchPhenix Research ProductsBP-989Um eine sterile Oberfläche für die Operation bereitzustellen.
Sterile Applikatoren mit WattespitzePuritan806-WCZum Aufsaugen von Blut in der Operationswunde unter Beibehaltung der Sterilität.
SterileGaze Covidien2146Zur Reinigung des Operationsbereichs und der chirurgischen Instrumente unter Beibehaltung der Sterilität.
Sterile KochsalzlösungBaxter Healthcare Corporation281324Zur Verwendung bei der Blutreinigung und zum Ersatz von Flüssigkeiten nach der Operation.
OP-HandschuheN/AN/AZur Verwendung durch den Chirurgen, um ein steriles Feld während der Operation zu erhalten.
Chirurgisches HeizkissenN/AN/AZur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur des Tiermodells während der Operation.
OperationsmikroskopN/AN/AZur besseren Visualisierung der Operationswunde.
Chirurgisches KlammergerätKent ScientificINS750546Zum Auftragen der Klammern.
T/Pump Wärmetherapie-WasserpumpeGaymarTP500CZum Pumpen von warmem Wasser in das Wasserkonvektions-Wärmekissen.
Wasser-Konvektions-WärmekissenBaxter Healthcare CorporationL1K018Für den Einsatz im postoperativen Erholungsbereich, um die Körpertemperatur des bewusstlosen Tieres aufrechtzuerhalten.
Gewichtete HakenN/AN/AZum Offenhalten der Operationswunde.
309659

Schlagwörter

Spinal Cord InjectionViral Vector DiffusionFluorescent Protein ExpressionRetrograde Transport MechanismViral Glycoprotein EntryControlled Rate AdministrationNeedle Positioning TechniqueViral Suspension Delivery