Targeting von Deep Brain Strukturen mit Mikroinjektionen für die Lieferung von Drogen, virale Vektoren oder Zelltransplantaten
December 1st, 2010
In diesem Artikel zeigen wir eine Methode zur Glaskapillare Nadeln mit einem 50-um Lumen zu machen. Diese Technik reduziert die Schädigungen des Gehirns, minimiert passive Verbreitung von Drogen und ermöglicht eine genaue Ausrichtung in die Nager Gehirn.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, hochpräzise Mikroinjektionen in tiefe Hirnstrukturen durchzuführen, um Medikamente, virale Vektoren oder Zelltransplantate zu verabreichen. Dies wird erreicht, indem zunächst Glaskapillarnadeln mit einem Lumen von 50 Mikrometern hergestellt werden. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, 50 % der Nadel mit Mineralöl durch Kapillare zu füllen und den Kolben am breitesten Ende des Rohrs einzuführen.
Der dritte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Nadel mit der Substanz oder der Zellsuspension zu beladen, die Sie injizieren möchten. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Nadelspitze einzuführen und die Substanz mit sehr geringem Durchfluss in eine tiefe Gehirnstruktur zu injizieren. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die eine sehr genaue Ausrichtung von Substanzen in das Gehirn durch Mikroinjektionen mit einem Glaskapillarrohr zeigen.
Hallo, ich bin Oscar Gonzalez vom Labor für Neurowissenschaften an der Fakultät für Psychologie an der Universität von Colima, Mexiko. Heute zeigen wir Ihnen ein Verfahren, mit dem Sie Mikroinjektionen mit einem Glaskapillarrohr durchführen können, um Medikamente in das Gehirn der Maus zu verabreichen. Wir verwenden dieses Verfahren in ausreichenden Laboren, um adulte neurale Stammzellen zu untersuchen.
Also lasst uns loslegen. Die Verwendung von Glaskapillarnadeln mit einem Lumen von 50 Mikrometern für Mikroinjektionen in das Gehirn reduziert die Hirnschädigung erheblich, minimiert die passive Diffusion von Medikamenten und ermöglicht ein präzises Eindringen in das Gehirn von Nagetieren. Bevor Mikroinjektionen durchgeführt werden können, müssen die Glasnadeln konstruiert werden.
Beginnen Sie damit, das Kapillarglasröhrchen in eine ziehende Hochleistungselektrode eines Mikropipettenabziehers zu stecken. Schalten Sie anschließend die Elektrode des Mikropipettenabziehers ein. Um die Mitte des Glasrohrs zu erhitzen und das Glasrohr lokal weicher zu machen, dehnen Sie das Glasrohr entlang seiner Längsachse um einen Anfangsabstand von drei bis fünf Millimetern, der ausreicht, um eine Verringerung des Durchmessers des Glasrohrs im lokalisierten Bereich zu bewirken.
Dehnen Sie das Glasrohr weiter, bis es bricht. Wiederholen Sie diese Schritte, um zwei identische Einzellaufnadeln zu erstellen. Lege nun die Glasnadeln in eine Mikroschmiede.
Ein Winkel von 30 Grad reicht aus, um die Spitze abzuschrägen. Legen Sie abschließend die Nadeln unter das Mikroskop und prüfen Sie, ob beide den richtigen Innendurchmesser haben. Für die meisten hydrophilen Arzneimittel ist ein Innendurchmesser von 30 bis 50 Mikrometern ideal, wenn die Nadeln konstruiert sind.
Mal sehen, wie man sie für Mikroinjektionen verwendet. Füllen Sie zunächst die konstruierte Nadel vom breitesten Ende aus mit Mineralöl. Lassen Sie das Mineralöl durch die Kapillare eindringen, bis es etwa 50 % der Länge des Kapillarrohrs erreicht.
Geben Sie Hochvakuumfett um das breiteste Ende der Nadel und führen Sie den Kolben hindurch. Das Mineralöl vorsichtig drücken, bis ein kleiner Tropfen Szene aus der Spitze der Glasnadel austritt. Befestigen Sie nun die Nadel in der Halterung des Mikroinjektors und beginnen Sie, das Tier für die Injektion vorzubereiten.
Legen Sie zunächst ein Heizkissen auf den stereotaktischen Tierhalter, um die Körpertemperatur des Tieres zu halten. Bei 37 Grad Celsius rasieren Sie den Kopf der betäubten Maus, setzen Sie ihn dann ein und befestigen Sie ihn in dem stereotaktischen Gerät. Verwenden Sie Ohrstangen und einen Zahnhalter und verwenden Sie eine chirurgische Klinge, um die Haut von den Ohren bis zur Lambda-Schädellinie zu schneiden.
Polieren Sie den Schädel mit einem Wattestäbchen, um ihn zu trocknen und die Haut aus dem Operationsfeld zu ziehen. Als nächstes zeigen Sie mit der Spitze der Glasnadel auf den Scheitelpunkt der bgma-Naht und legen dort die Ausgangsposition der Injektion fest. Setzen Sie nun den Punkt auf den Schädel, der gebohrt werden soll, indem Sie die x- und y-Achse des stereotaktischen Geräts über den Schädel bewegen.
Bohren Sie mit einem Forschungs-Mikrobohrer vorsichtig mit einer feinen Pinzette Löcher an den ausgewählten Koordinaten. Entfernen Sie vorsichtig die tiefste Knochenschicht und brechen Sie die Dura Modern Membran. Sie werden sehen, wie etwas zerebrale Rückenmarksflüssigkeit austritt.
Um zu bestätigen, dass die Nadel durch die Bohrlöcher gehen kann, senken Sie die Glasnadel langsam mit der Z-Achse des stereotaktischen Geräts ab. Pipettieren Sie nun einen Mikroliter des zu injizierenden Medikaments und geben Sie es auf ein kleines Stück Parfum. Lege das Parfum auf den Schädel.
Saugen Sie das Medikament auf, indem Sie das Mikroinjektorrad drehen, während Sie durch das Mikroskop überprüfen, ob die Flüssigkeit in die Glasnadel gelangt. Entfernen Sie die Para-Folie und setzen Sie die Nullkoordinate zurück. Bewegen Sie nun die Nadel auf die gewählten Koordinaten und senken Sie die Halterung ab, bis die Spitze der Glasnadel sanft die Gehirnoberfläche berührt und stellen Sie die Z.Koordinate auf Null.
Führen Sie die Glasnadel in der gewünschten Tiefe in das Hirnparenchym ein. Injizieren Sie das Medikament langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Nanoliter pro Sekunde. Wenn das gewünschte Volumen injiziert ist, lassen Sie das Medikament zwei Minuten lang in das Parenchym diffundieren und entfernen Sie dann die Nadel sanft und langsam.
Zum Schluss kleben Sie die Operationswunde und entfernen das Tier aus dem stereotaktischen Gerät. Setzen Sie das Tier zur Narkosewiederherstellung in einen Vorkriegskäfig. Jetzt zeigen wir einige Ergebnisse der Mikroinjektion.
Lysophosphatidylcholin oder Lyin wurde in das Corpus cossum injiziert, das eine Demyelinisierung der Bahnen der weißen Substanz hervorruft, um die durch die Glasnadel verursachte Hirnverletzung zu minimieren. Es wurden nur 20 Liter Lyin injiziert. Die Demyelinisierung wird durch das Fehlen einer Myelin-Grundproteinexpression in den Bahnen der weißen Substanz dargestellt, eine sehr präzise Injektion wird erhalten und ein sehr enger Nadeltrakt minimiert die Hirnverletzung
.Wir haben Ihnen gerade gezeigt, wie Sie Glasnadeln konstruieren, um Mikroinjektionen in tiefe Gehirnstrukturen durchzuführen. Bei diesem Eingriff ist es wichtig, daran zu denken, dass alle Geräte und Materialien für den Einsatz im Operationssaal bereitstehen. Das war's also.
Vielen Dank fürs Zuschauen und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Übersicht
Dieser Artikel präsentiert eine Methode zur Herstellung von Glaskapillarnadeln mit einem 50-μm-Lumen, die präzise Mikroinjektionen in tiefe Hirnstrukturen ermöglichen. Diese Technik minimiert Hirnschäden und reduziert die passive Diffusion von Medikamenten, was eine gezielte Verabreichung in Nagetiermodellen ermöglicht.
Wichtige Studienkomponenten
Wissensgebiet
- Neurowissenschaften
- Mikroinjektionstechniken
- Arzneimittelabgabesysteme
Hintergrund
- Mikroinjektionen sind wesentlich für die direkte Verabreichung von Substanzen in das Gehirn.
- Traditionelle Methoden können zu erheblichen Hirnschäden und ineffizienter Arzneimittelabgabe führen.
- Glaskapillarnadeln bieten eine Lösung für präzises Targeting.
- Diese Studie konzentriert sich auf die Verbesserung des Mikroinjektionsprozesses.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer Methode zur Herstellung von Glaskapillarnadeln mit einem 50-μm-Lumen.
- Verbesserung der Präzision der Arzneimittelabgabe in tiefe Hirnstrukturen.
- Minimierung von Hirnschäden während des Injektionsprozesses.
Verwendete Methoden
- Herstellung von Glaskapillarnadeln mit einem 50 μm Lumen.
- Befüllen der Nadel mit Mineralöl zur Erleichterung der Injektion.
- Beladen der Nadel mit der gewünschten Substanz oder Zellsuspension.
- Injizieren der Substanz mit einer niedrigen Flussrate in gezielte Hirnareale.
Hauptergebnisse
- Die Methode ermöglicht eine präzise Zielsteuerung von Substanzen im Gehirn.
- Erhebliche Reduzierung von Hirnschäden im Vergleich zu traditionellen Methoden.
- Effiziente Verabreichung von Medikamenten, viralen Vektoren oder Zelltransplantaten.
- Nachgewiesene Wirksamkeit in Nagetiermodellen.
Schlussfolgerungen
- Die entwickelte Technik verbessert die Präzision von Mikroinjektionen.
- Sie bietet eine zuverlässige Methode für die Arzneimittelabgabe in der neurowissenschaftlichen Forschung.
- Dieser Ansatz kann auf verschiedene Substanzen angewendet werden und verbessert experimentelle Ergebnisse.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Precise delivery of therapeutic agents to deep brain structures remains a critical challenge in neuroscience drug development, particularly in small animal models where procedural trauma can confound results. This microinjection method enhances target engagement fidelity by minimizing injection-induced tissue damage and passive diffusion, thereby improving the reliability of pharmacological and genetic intervention studies. The approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling reproducible, low-volume delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants with reduced biological variability.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables accurate interrogation of therapeutic hypotheses in deep brain nuclei by reducing off-target effects from injection trauma.
- Operational Value: Supports consistent delivery of compounds or genetic tools across studies, improving reproducibility in target validation workflows.
- Predictive Confidence: Minimizes procedural variability that could obscure true pharmacological or biological responses.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems with minimal lesion burden for downstream compound screening in CNS pathways.
- Operational Value: Enables standardized, low-volume (20–100 nl) injections suitable for high-precision assay formats requiring tight pharmacokinetic control.
- Platform Reuse: Adaptable to various substances (drugs, viral vectors, cells) by adjusting needle lumen size, supporting multi-modal screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enhances disease model fidelity by reducing confounding injury from injection procedures, improving translational relevance.
- Operational Value: Facilitates repeatable interventions in longitudinal studies, supporting chronic dosing or cell transplant regimens.
- Risk-Adjusted Advancement: Improves confidence in target engagement data, aiding go/no-go decisions in preclinical programs.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, where precise CNS delivery is essential for assessing target modulation and pathway engagement.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing in deep brain structures by enabling accurate delivery of pharmacological or genetic probes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible dosing for compound evaluation in vivo, critical for dose-response and target occupancy studies.
- Analytics: Generates clean readouts by minimizing procedure-induced noise, improving signal detection in biomarker or efficacy measurements.
- Translational Research: Promotes continuity from discovery to preclinical by ensuring consistent, low-trauma delivery across study phases.
- Enterprise Reuse: Represents a standardized, adaptable capability for CNS delivery applicable across multiple projects and modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity from injection artifacts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across laboratories and studies through defined needle preparation and injection parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing failed studies due to procedural variability or off-target effects.
- Portfolio Impact: Enables more reliable prioritization of CNS targets based on cleaner pharmacological and genetic data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, stereotactic coordination, and needle fabrication using a pipette puller and micro forge.
- Depends on access to specialized instrumentation including a stereotactic frame, microinjector, and microscope for needle visualization.
- Necessitates standardization of needle lumen size (50 µm) and filling protocol (50% mineral oil) for consistent performance across users.
- Adaptation to different model systems may require coordinate adjustment and validation of needle penetration depth.
- Practical limitations include the technical skill needed for needle pulling and beveling, and the low throughput inherent to manual microinjection.
