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DOI: 10.3791/50716-v
Daniel A. Lee1,2, Juan Salvatierra2, Esteban Velarde3, John Wong3, Eric C. Ford4, Seth Blackshaw2,5
1Division of Biology,California Institute of Technology, 2Solomon H. Snyder Department of Neuroscience, Neurology, and Ophthalamology,Johns Hopkins University School of Medicine, 3Department of Radiation Oncology & Molecular Radiation Sciences,Johns Hopkins University School of Medicine, 4Department of Radiation Oncology,University Of Washington Medical Center, 5Institute for Cell Engineering and High-Throughput Biology Center,Johns Hopkins University School of Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Die Funktion der Erwachsenen-geboren Säugetierneuronen bleibt ein aktives Forschungsgebiet. Ionisierende Strahlung hemmt die Entstehung neuer Nervenzellen. Mit Hilfe von Computer-Tomographie-geführte Brenn Bestrahlung (CFIR) können dreidimensionale anatomische Ausrichtung auf bestimmte neuronale Vorläuferpopulationen nun verwendet, um die funktionelle Rolle der adulten Neurogenese zu beurteilen.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine fortschrittliche radiologische Technik zu beschreiben, die es ermöglicht, eine fokale Bestrahlung an Kleintiermodellen durchzuführen und anschließend die Proliferation mit anatomisch spezifischer Auflösung zu hemmen. Dies wird zunächst durch den Einsatz von computertomographisch geführter dreidimensionaler volumetrischer Bildgebung zur Lokalisierung der interessierenden Region erreicht. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, die Abgabe und Dauer der radiologischen Behandlung in der interessierenden Region zu berechnen.
Der dritte Schritt besteht darin, eine filmbasierte Kalibrierung für die Strahlendosis durchzuführen. Der letzte Schritt besteht darin, die Genauigkeit des Strahlungsstrahls durch direkte Visualisierung des Strahlungsstrahls im Gewebe zu bestimmen. Letztendlich können die Ergebnisse dieser Studien die potenzielle funktionelle Rolle ausgewählter proliferierender Neuro-Vorläuferpopulationen durch eine Nachbehandlungsanalyse der Physiologie und des Verhaltens demonstrieren.
Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden zur Unterdrückung der Neurogenese, wie z. B. der breiten Bestrahlung des Gehirns, besteht darin, dass bei dieser Strahlungsstrahlen mit einem Durchmesser von nur 0,5 Millimetern verwendet werden, um spezifische neurogenerative Populationen anzusprechen. Dies ermöglicht es, Verhaltens- oder physiologische Defekte eindeutig mit den spezifischen Funktionen neurogenerativer Populationen in Verbindung zu bringen. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Schritte zur Einrichtung des Strahlungsstrahls anfangs schwer zu erlernen sind, da sowohl die Hardware als auch die Software für die Lokalisierung und Dosierung der Requisiten in zahlreichen Schritten erforderlich sind. Bereiten Sie eine ISO-Fluorgas-Anästhesiekammer vor und fügen Sie dann eine einzelne Maus in die Kammer ein.
Bereiten Sie parallel dazu ein Heizkissen auf niedriger Stufe für die Nachbehandlung der Tiere vor. Wenn die Maus nicht mehr auf eine Fußpolsterkompression reagiert, bringen Sie sie zur radiologischen Plattform und legen Sie sie auf das Immobilisierungsbett des Robotertisches. Legen Sie den Mund in den Nasenkonus-Anästhesiebecher und die Zähne in den Bissschutz.
Legen Sie die Maus flach auf das Immobilisierungsbett. Wenn es nicht reagiert, sichern Sie die Maus mit Mullband. Stellen Sie sicher, dass der Kopf waagerecht zu einer horizontalen Ebene ist, indem Sie die Ohren nach oben ziehen.
Sobald sich die Maus in der richtigen Position befindet, schließen Sie den Bleischutzschild. Machen Sie nun einen Computertomographie-Scan mit der integrierten Software der radiologischen Plattform, um aus den Bildern einen dreidimensionalen anatomischen Strukturscan des Maussubjekts zu erhalten. Vergewissern Sie sich, dass der Kopf waagerecht zur horizontalen Ebene ist.
Wenn nicht, fahren Sie mit dem Einstellen des Mauskopfes fort, bis dies der Fall ist. Identifizieren Sie nun den ROI aus den CT-Bildern, um den ventralen basalen Hypothalamus mit der CT-Bildgebung zu visualisieren. Betreiben Sie die Röntgenröhre wie aufgeführt.
Berechnen Sie den Abstand vom ROI zur Schädeloberfläche mit einem 45-Grad-Winkel zur horizontalen Ebene. Machen Sie mit der integrierten Software eine Röntgenaufnahme des Mausmotivs von oben. Entfernen Sie dann die Maus von der radiologischen Plattform.
Legen Sie es auf das Heizkissen und überwachen Sie es, bis es aktiv ist. Berechnen Sie aus den koronalen CT-Bildern die durchschnittliche anatomische ROI-Tiefe von mindestens drei Mäusen, um die Verabreichungsdosis zu bestimmen. Als Beispiel aus einer früheren Studie, in der dem basalen Hypothalamus ventra 10 Gray Strahlung verabreicht wurde, beträgt die Tiefe des ROI aus dem Schädel aus einem 45-Grad-Winkel 0,66 Zentimeter.
Sobald der Wert bekannt ist, verwenden Sie eine Dosisplanungssoftware, um die geeignete Rotation, Geschwindigkeit und Dauer der Behandlung für die gewünschte Dosis für den ROI zu berechnen. Messen Sie anschließend die Dosisverteilungen der berechneten Parameter. Betten Sie drei GAF-Chromstrahlen-empfindliche Filme in eine wasseräquivalente Kunststoff-Mock-Maus ein.
Positionieren Sie sie zwischen vier vertikal gestapelten wasseräquivalenten Kunststoffblöcken. Platzieren Sie die Mock-Maus auf dem Robotertisch und lassen Sie den fokalen Bestrahlungsstrahl mit den neu berechneten Parametern laufen. In diesem Beispiel wird eine 10-Grad-Strahlendosis auf den ventralen basalen Hypothalamus getestet. Nach der Bestrahlung überprüfen Sie das Muster und die Intensität der Dosierung auf den Filmen für eine 360-Grad-Winkeldrehung, die auf den ventralen basalen Hypothalamus, den Kegelstrahl, abzielt.
Eine Strahlung erzeugt einen dunklen Ring im Film über der ISO-Mitte, einen kleinen knackigen Fleck auf dem ISO-Mittelfilm und einen helleren Ring auf der Folie darunter. Das ISO-Zentrum überlagerte nun die ISO-Mitte GA FCH Chromic-Schicht über die Röntgenstrahlen. Der bestrahlte Brennpunkt in der ISO-Mitte sollte sich später mit dem gewünschten ROI überschneiden.
Die Genauigkeit des Bestrahlungsstrahls kann im Gewebe beurteilt werden, indem ein Marker für doppelsträngige DNA-Brüche sichtbar gemacht wird. Wenn Sie mit der Kalibrierung und Ausrichtung des Bestrahlungsstrahls zufrieden sind, fahren Sie mit dem Experiment fort. In diesem Beispiel erhielten fünf Wochen alte weibliche Mäuse mit C 57 und sechs J eine Woche vor der Behandlung eine fettreiche Diät.
Am Tag vor der Behandlung wurden die Mäuse gewogen und in zwei Kohorten aufgeteilt, wobei es keinen signifikanten Gewichtsunterschied zwischen den Kohorten gab. Am Tag der Behandlung wurden die Mäuse erneut gewogen und dann schonend zur radiologischen Plattform transportiert und zwei Mäuse, eine in der Versuchsgruppe und eine Kontroll, anästhesiert. Stellen Sie das Heizkissen für die postoperative Behandlung ebenfalls auf die niedrige Stufe.
Richten Sie die Maus so ein, dass sie wie zuvor beschrieben bestrahlt wird. Halten Sie die Scheinmaus während der Behandlung in der Anästhesiekammer in der Nähe der CFIR-Plattform, damit alle Auswirkungen auf die Umgebungsstrahlung berücksichtigt werden. Nachdem das Ziel auf dem CT identifiziert wurde, bewegen Sie das Mausmotiv unter die Robotersteuerung, um das Ziel mit dem Strahl auszurichten.
Geben Sie dann die berechnete Dosiseinstellung ein und geben Sie die Strahlung nach der Bestrahlung ab. Lege beide Mäuse auf das Heizkissen und beobachte sie, bis sie aufwachen. Nachdem alle Mäuse bestrahlt sind, überwachen Sie sie täglich und wiegen Sie sie zweimal pro Woche.
Drei Tage nach der Behandlung Um die Bestrahlung zu bestätigen, verabreichen Sie einen Monat später intraperitoneale Injektionen von BRDU. Identifizieren Sie die Neurogenese in Zellen mit BRDU und einem neuronalen Marker. Die Dosisverteilungen wurden mit GAF chromic gemessen.
Strahlenempfindliche Filme, die in eine Attrappe einer Maus eingebettet sind. Der Strahlenkegel hatte eine volle Breite von maximal 2,31 Millimetern. Der Fokusstrahl demonstriert die präzise Ausrichtung von Strahlen aus verschiedenen Richtungen.
Dieser Film kann über eine Röntgenaufnahme des realen Mausobjekts gelegt werden, um die Position und Präzision des Strahls zu demonstrieren. Sollte das Targeting des ROI mit den anatomischen Orientierungspunkten nicht ausreichen, kann eine Injektion von intrathekalem Jodkontrast verwendet werden, um das Targeting zu verbessern. Der laterale und dritte Ventrikel sind in CT-Scans, die auf der radiologischen Plattform A-C-F-I-R aufgenommen wurden, deutlich sichtbar, um das CT-gesteuerte Targeting des hypothalamischen Me weiter zu bestätigen.
Die Position des Strahls im Gewebe wurde anhand der resultierenden doppelsträngigen DNA-Brüche sichtbar gemacht: gamma H zwei A x Färbungen zeigten eine präzise Ausrichtung mit einer extrem scharfen Kante zum Strahl. Die stereotaktische Lichtbogenbehandlung, bestehend aus einem Bogen in einem Winkel von 45 Grad zur Vertikalen, zielte effektiv auf den ventralen basalen Hypothalamus ab. Ohne andere neurogene Nischen zu bestrahlen.
Die Wirkung der Bestrahlung auf die Neurogenese wurde mit fettreichen erwachsenen Mäusen untersucht. Es gab eine Hemmung der Me-Neurogenese von etwa 85% im Vergleich zu scheinbehandelten Kontrollen. In einer angrenzenden Struktur, die an die Bestrahlungsstelle grenzt, gab es keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen bestrahlten Tieren und Scheinkontrollen.
Bestrahlte Mäuse, die vor der Behandlung mit fettreicher Ernährung gefüttert wurden, hatten im Vergleich zur scheinbehandelten Gruppe eine verringerte Gewichtszunahme nach der Behandlung. Im Gegensatz dazu zeigten normal mit Chow gefütterte Kontrollmäuse, die signifikant niedrigere Werte der Me-Neurogenese aufwiesen als ihre fettreichen Gegenstücke, keinen signifikanten Gewichtsunterschied zwischen der Schein- und der bestrahlten Gruppe. Darüber hinaus geht diese reduzierte Gewichtszunahme bei bestrahlten, mit hohem Fettgehalt gefütterten Mäusen mit Veränderungen im Stoffwechsel und in der Aktivität einher, sobald sie gemeistert sind.
Diese Technik kann bei richtiger Anwendung in etwa 15 Minuten pro Maus durchgeführt werden. Vergessen Sie nur nicht, dass die Arbeit mit Strahlung extrem gefährlich sein kann und Vorsichtsmaßnahmen wie die Verwendung von Bleiabschirmung, Strahlungsdetektoren und eine angemessene Schulung zum Strahlenverbrauch immer vor und während der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden sollten.
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