Die stereotaktische Chirurgie zur Ausrichtung auf Gehirnstellen bei Mäusen beinhaltet häufig den Zugang durch die Schädelknochen und wird von Schädel-Landmarken geleitet. Hier skizzieren wir einen alternativen stereotaktischen Ansatz, um den kaudalen Hirnstamm und das obere zervikale Rückenmark über die Cisterna magna anzusprechen, der auf der direkten Visualisierung von Hirnstamm-Landmarken beruht.
Stereotaktische Chirurgie, um Gehirnstellen bei Mäusen anzuvisieren, wird häufig von Schädel-Landmarken geleitet. Der Zugang erfolgt dann über Gratlöcher, die durch den Schädel gebohrt werden. Dieser Standardansatz kann für Ziele im kaudalen Hirnstamm und im oberen Gebärmutterhalsstrang aufgrund spezifischer anatomischer Herausforderungen eine Herausforderung darstellen, da diese Stellen von Schädellandmarken entfernt sind, was zu Ungenauigkeiten führt. Hier skizzieren wir einen alternativen stereotaktischen Ansatz über die Cisterna magna, der verwendet wurde, um diskrete Regionen von Interesse im kaudalen Hirnstamm und in der oberen Halsschnur anzusprechen. Die Cisterna magna erstreckt sich vom Hinterhauptbein bis zum Atlas (d.h. dem zweiten Wirbelknochen), ist mit Zerebrospinalflüssigkeit gefüllt und wird von Dura mater bedeckt. Dieser Ansatz bietet einen reproduzierbaren Zugang zu ausgewählten Strukturen des zentralen Nervensystems (ZNS), die aufgrund anatomischer Barrieren sonst schwer zu erreichen sind. Darüber hinaus ermöglicht es die direkte Visualisierung von Hirnstamm-Landmarken in unmittelbarer Nähe zu den Zielstellen, wodurch die Genauigkeit bei der Abgabe kleiner Injektionsvolumina an begrenzte Regionen von Interesse im kaudalen Hirnstamm und in der oberen Halsschnur erhöht wird. Schließlich bietet dieser Ansatz die Möglichkeit, das Kleinhirn zu vermeiden, was für motorische und sensomotorische Studien wichtig sein kann.
Die stereotaktische Standardchirurgie zur gezielten Gehirnstelle beiMäusen 1 beinhaltet häufig die Fixierung des Schädels mit einem Satz Ohrstangen und einem Mundbalken. Die Koordinaten werden dann auf der Grundlage der Referenzatlanten2,3 und der Schädellandmarken geschätzt, nämlich Bregma (der Punkt, an dem die Nähte der Frontal- und Parietalknochen zusammenkommen) oder Lambda (der Punkt, an dem die Nähte der Parietal- und Hinterhauptsknochen zusammenkommen; Abbildung 1A,B). Durch ein Gratloch in den Schädel oberhalb des geschätzten Ziels kann dann die Zielregion erreicht werden, entweder für die Lieferung von Mikroinjektionen oder Instrumenten mit Kanülen oder optischen Fasern. Aufgrund von Variationen in der Anatomie dieser Nähte und Fehlern in der Lokalisation von Bregma oder Lambda 4,5 variiert die Position der Nullpunkte in Bezug auf das Gehirn von Tier zu Tier. Während kleine Fehler beim Targeting, die sich aus dieser Variabilität ergeben, für große oder nahe gelegene Ziele kein Problem darstellen, sind ihre Auswirkungen für kleinere Interessengebiete, die von den Nullpunkten in den anteroposterioren oder dorsoventralen Ebenen entfernt sind, und / oder bei der Untersuchung von Tieren unterschiedlicher Größe aufgrund von Alter, Belastung und / oder Geschlecht größer. Es gibt mehrere zusätzliche Herausforderungen, die für die Medulla oblongata und die obere Halsschnur einzigartig sind. Erstens sind kleine Änderungen der anteroposterioren Koordinaten aufgrund der Position und Form des Kleinhirns mit signifikanten Änderungen der dorsoventralen Koordinaten relativ zur Dura verbunden (Abbildung 1Bi)2,6,7. Zweitens ist die obere Halsschnur nicht im Schädelenthalten 2. Drittens macht die schräge Position des Hinterhauptbeins und der darüber liegenden Schicht der Nackenmuskulatur2 den stereotaktischen Standardansatz für Strukturen, die sich in der Nähe des Übergangs zwischen Hirnstamm und Rückenmark befinden, noch schwieriger (Abbildung 1Bi). Schließlich sind viele Ziele, die im kaudalen Hirnstamm und in der Halsschnur von Interesse sind, klein2, was präzise und reproduzierbare Injektionen erfordert 8,9.
Ein alternativer Ansatz durch die Cisterna magna umgeht diese Probleme. Die Cisterna magna ist ein großer Raum, der sich vom Hinterhauptbein bis zum Atlas erstreckt (Abbildung 1A, d.h. der zweite Wirbelknochen)10. Es ist mit Zerebrospinalflüssigkeit gefüllt und mit Dura mater10 bedeckt. Dieser Raum zwischen dem Hinterhauptbein und dem Atlas öffnet sich, wenn der Kopf anteroflexiert wird. Es kann erreicht werden, indem man zwischen den darüber liegenden paarigen Bäuchen des Musculus longus capitis navigiert und die dorsale Oberfläche des kaudalen Hirnstamms freilegt. Interessante Regionen können dann basierend auf den Landmarken dieser Regionen selbst ins Visier genommen werden, wenn sie sich in der Nähe der dorsalen Oberfläche befinden. oder durch die Verwendung des Obex, des Punktes, an dem sich der zentrale Kanal in den IV-Ventrikel öffnet, als Nullpunkt für Koordinaten, um tiefere Strukturen zu erreichen. Dieser Ansatz wurde erfolgreich bei einer Vielzahl von Arten eingesetzt, darunter die Ratte11, Katze12, Maus8,9 und der nichtmenschliche Primat13, um auf die ventrale Atmungsgruppe, die medulläre mediale retikuläre Formation, den Kern des Einzeltraktes, die Arealpostrema oder den hypoglossalen Kern abzuzielen. Dieser Ansatz wird jedoch nicht häufig verwendet, da er Kenntnisse der Anatomie, ein spezialisiertes Toolkit und fortgeschrittenere chirurgische Fähigkeiten im Vergleich zum stereotaktischen Standardansatz erfordert.
Hier beschreiben wir einen schrittweisen chirurgischen Ansatz, um den Hirnstamm und das obere Halsband über die Zisterne magna zu erreichen, Orientierungspunkte zu visualisieren, den Nullpunkt zu setzen (Abbildung 2) und die Zielkoordinaten für die stereotaktische Abgabe von Mikroinjektionen in die diskreten Hirnstamm- und Rückenmarksregionen von Interesse zu schätzen und zu optimieren (Abbildung 3). Anschließend besprechen wir die Vor- und Nachteile dieses Ansatzes.
Die stereotaktische Standardchirurgie stützt sich häufig auf Schädel-Landmarken, um die Koordinaten der Zielstellen im ZNS1 zu berechnen. Die Zielstandorte werden dann über Gratlöcher erreicht, die durch den Schädelgebohrt werden 1. Diese Methode ist nicht ideal für den kaudalen Hirnstamm, da sich die Zielstellen in der anteroposterioren und dorsoventralen Ebene2 entfernt von den Schädellandmarken befinden und da die Anatomie des Sch…
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde von R01 NS079623, P01 HL149630 und P01 HL095491 unterstützt.
Alcohol pad | Med-Vet International | SKU: MDS090735Z | skin preparation for the prevention of surgical site infection |
Angled forceps, Dumont #5/45 | FST | 11251-35 | only to grab dura |
Betadine pad | Med-Vet International | SKU:PVP-PAD | skin preparation for the prevention of surgical site infection |
Cholera toxin subunit-b, Alexa Fluor 488/594 conjugate | Thermo Fisher Scientific | 488: C34775, 594: C22842 | Fluorescent tracer |
Clippers | Wahl | Model MC3, 28915-10 | for shaving fur at surgical site |
Electrode holder with corner clamp | Kopf | 1770 | to hold glass pipette |
Flowmeter | Gilmont instruments | model # 65 MM | to regulate flow of isoflurane and oxygen to mouse on the surgical plane |
Fluorescent microspheres, polystyrene | Thermo Fisher Scientific | F13080 | Fluorescent tracer |
Heating pad | Stoelting | 53800M | thermoregulation |
Induction chamber with port hook up kit | Midmark Inc | 93805107 92800131 | chamber providing initial anasthesia |
Insulin Syringe | Exelint International | 26028 | to administer saline and analgesic |
Isoflurane | Med-Vet International | SKU:RXISO-250 | inhalant anesthetic |
Isoflurane Matrix VIP 3000 vaporizer | Midmark Inc | 91305430 | apparatus for inhalant anesthetic delivery |
Laminectomy forceps, Dumont #2 | FST | 11223-20 | only to clean dura |
Medical air, compressed | Linde | UN 1002 | used with stimulator & PicoPump for providing air for precision solution injection |
Meloxicam SR | Zoo Pharm LLC | Lot # MSR2-211201 | analgesic |
Microhematocrit borosilicate glass pre calibrated capillary tube | Globe Scientific Inc | 51628 | for transfection of material to designated co-ordinates |
Mouse adaptor | Stoelting | 0051625 | adapting rat stereotaxic frame for mouse surgery |
Needle holder, Student Halsted- Mosquito Hemostats | FST | 91308-12 | for suturing |
Oxygen regulator | Life Support Products | S/N 909328, lot 092109 | regulate oxygen levels from oxygen tank |
Oxygen tank, compressed | Linde | USP UN 1072 | provided along with isoflurane anasthesia |
Plastic card | not applicable | not applicable | any firm plastic card, cut to fit the stereotactic frame (e.g. ID card) |
Pneumatic PicoPump ( or similar) | World Precision Instruments (WPI) | SYS-PV820 | For precision solution injection |
Saline, sterile | Mountainside Medical Equipment | H04888-10 | to replace body fluids lost during surgery |
Scalpel handle, #3 | FST | 10003-12 | to hold scalpel |
Scissors, Wagner | FST | 14070-12 | to cut polypropylene suture |
Spring scissors, Vannas 2.5mm with accompanying box | FST | 15002-08 | scissors only to open dura, box to elevate body |
Stereotactic micromanipulator | Kopf | 1760-61 | attached to electrode holder to adjust position based on co-ordinates |
Stereotactic 'U' frame assembly and intracellular base plate | Kopf | 1730-B, 1711 | frame for surgery |
Sterile cotton tipped applicators | Puritan | 25-806 10WC | absorbing blood from surgical field |
Sterile non-fenestrated drapes | Henry Schein | 9004686 | for sterile surgical field |
Sterile opthalmic ointment | Puralube | P1490 | ocular lubricant |
Stimulator & Tubing | Grass Medical Instruments | S44 | to provide controlled presurred air for precision solution injection |
Surgical Blade #10 | Med-Vet International | SKU: 10SS | for skin incision |
Surgical forceps, Extra fine Graefe | FST | 11153-10 | to hold skin |
Surgical gloves | Med-Vet International | MSG2280Z | for asceptic surgery |
Surgical microscope | Leica | Model M320/ F12 | for 5X-40X magnification of surgical site |
Suture 5-0 polypropylene | Oasis | MV-8661 | to close the skin |
Tegaderm | 3M | 3M ID 70200749250 | provides sterile barrier |
Universal Clamp and stand post | Kopf | 1725 | attached to stereotactic U frame and intracellular base plate |
Wound hook with hartman hemostats | FST | 18200-09, 13003-10 | to separate muscles and provide surgical window |