Erfassung von funktionellen Magnetresonanztomographiedaten im Ruhezustand bei ratten

Die funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand oder die fMRT im Ruhezustand ist zu einer immer beliebteren Methode geworden, um die Gehirnfunktion in einem Ruhezustand ohne Aufgabe zu untersuchen. Technologische Fortschritte haben es ermöglicht, die fMRT im Ruhezustand für die Verwendung in Nagetiermodellen anzupassen und kann verwendet werden, um Mechanismen aufzudecken, die krankheitsbedingten Zuständen zugrunde liegen. Das hier beschriebene Protokoll kombiniert niedrig dosiertes Isofluran mit niedrig dosiertem Dexmedetomidin, was eine qualitativ hochwertige Datenerfassung und Erhaltung der Gehirnnetzwerkfunktion ermöglicht.

Diese Methode ermöglicht auch spontane Atmung und nahezu normale Physiologie für bis zu fünf Stunden. In diesem Video behandeln wir die Überwachung der Physiologie der Ratte während vier verschiedener Phasen der Anästhesie, der Induktion und Vorbereitung des Tieres, des Tieraufbaus, der anatomischen Scanerfassung und der Erfassung des Ruhezustandsscans, gefolgt von der Qualitätsbewertung der Daten. Mit einem System, das eingeatmete Anästhetika sowie Abgase aus allen benötigten Bereichen abfälscht, induzieren Sie eine Anästhesie mit 2,5% Isofluran in 30% sauerstoffangereicherter Luft.

Sobald das Tier betäubt ist, entfernen Sie es aus der Kammer, wiegen Sie das Tier und legen Sie es in den Nasenkegel auf das Heizkissen im Vorbereitungsraum, wobei es bei 2,5% Isofluran verbleibt. Tragen Sie ophthalmische Schmiersalbe auf jedes Auge auf, um ein Austrocknen zu verhindern. Bestätigen Sie die Tiefe der Anästhesie durch eine fehlende Zehenquetschreaktion, Verwenden Sie Clipper, um einen zwei Zoll mal zwei Zoll großen quadratischen Bereich auf der unteren Lendengegend des Rückens des Tieres direkt über dem Schwanz zu rasieren.

Verabreichen Sie 0,015 Milligramm pro Kilogramm der Dexmedetomidinlösung mit einer intraperitonealen Injektion in den unteren rechten Quadranten des Abdomens mit einer 25-Gauge-Nadel. Wechseln Sie den Isofluranfluss vom Vorbereitungsraum zur Tierwiege. Bewegen Sie das Tier in die Tierwiege.

Legen Sie die Vorderzähne der Ratte sicher über und in die Bissstange. Drücken Sie den Nasenkegel über die Nase, um eine enge Passform zu gewährleisten. Wenn der Nasenkegel den Unterkiefer nicht bedeckt, kann Parafilm verwendet werden, um den Kiefer sanft geschlossen zu halten und gleichzeitig den Nasenkegel zu versiegeln.

Positionieren Sie das Atmungspad unter dem Bauch des Tieres unter dem Brustkorb und positionieren Sie es neu, bis die Atmungswellenform einen tiefen Trog zeigt, der auf jedem Atemzug zentriert ist. Gehen Sie zur nächsten Phase der Anästhesie über, wenn die Atmung weniger als 40 Atemzüge pro Minute beträgt. Führen Sie diese Ohrbügel in den Gehörgang ein, um den Kopf der Ratte in der Tierwiege zu stabilisieren.

Ziehen Sie nach der Positionierung an der Bissstange nach vorne und bestätigen Sie, dass sich der Kopf nicht bewegt. Nasenkegel und Parafilm nach Bedarf nachjustieren. Setzen Sie den Temperaturfühler in eine vorgeschmierte Einwegsondenabdeckung ein.

Führen Sie den Temperaturfühler vorsichtig etwa 1/2 Zoll in das Rektum ein und kleben Sie ihn mit medizinischem Klebeband an die Schwanzbasis. Legen Sie den Pulsoximeterclip auf den Mittelfußbereich des Hinterfußes und stellen Sie sicher, dass sich die Lichtquelle auf der Unterseite des Fußes befindet. Die Drehung des Clips kann das Signal beeinflussen, so dass die Schaffung eines Halters, um die Pfote und den Clip aufrecht zu halten, zu einer größeren Stabilität führt.

Berechnen Sie die Infusionsrate für 0,015 Milligramm pro Kilogramm pro Stunde Dexmedetomidin. Stellen Sie die Medikamentenpumpe auf die berechnete Infusionsrate ein und füllen Sie die Infusionsleitung. Reinigen Sie den rasierten Bereich mit einem Alkoholtuch, um streunende Haare zu entfernen.

Kneifen Sie die Haut etwa zwei Fingerbreiten über der Schwanzbasis. Führen Sie 1/3 der Infusionsliniennadel in die Zelthaut ein. Befestigen Sie die Nadel mit einem drei Zoll breiten medizinischen Klebeband auf der Haut.

Legen Sie ein zweites Stück breites medizinisches Klebeband über das erste über die Ratte und befestigen Sie es an beiden Seiten der Tierwiege. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die ferromagnetische Nadel gut gesichert ist, um Bewegungen während des Scans zu verhindern. Beginnen Sie mit der Infusion von subkutanem Dexmedetomidin.

Legen Sie ein Stück Gaze auf den Nasenrücken der Ratte, um eine ebene Oberfläche für die Spule zu schaffen. Verwenden Sie Papierband, das das MRT-Signal nicht stört, um die Spule am Kopf der Ratte zu befestigen und über das Gehirn zu zentrieren. Legen Sie Papierhandtücher über das Tier und besichern Sie sie mit Laborband an der Tierwiege.

Wenn Sie ein Luftheizungssystem verwenden, wickeln Sie eine Plastikfolie um die gesamte Wiege, um die warme Luft zu enthalten. Bewegen Sie das Tier in die Bohrung und stimmen Sie den Magneten ab. Reduzieren Sie Isofluran auf 1,5%, was zu einem stetigen Anstieg der Atmung auf etwa 45 bis 50 Atemzüge pro Minute führt.

Bleiben Sie für die Dauer des anatomischen Scannens auf diesem Niveau. Verwenden Sie den FLASH-Lokalisierer-Scan, um sicherzustellen, dass das Gehirn mit dem Magnetisozentrum ausgerichtet ist. Positionieren Sie das Tier neu und wiederholen Sie es bei Bedarf.

Führen Sie den RARE-Lokalisierungsscan mit höherer Auflösung aus und verwenden Sie diese Scanausgabe, um 15 sagittale Scheiben im Gehirn auszurichten. Richten Sie die mittlere sagittale Scheibe mit der mittleren axialen Scheibe an der Deklination der vorderen Kommissur aus, die als dunkler Fleck erscheint. Notieren Sie sich den Slice-Offset, der später in den Ruhezustandsscans verwendet werden soll.

Erfassen Sie 23 Slices mit dem axialen Flash- und RARE-Protokoll, um die Registrierung in einem gemeinsamen Raum während der Post-Scan-Analyse zu unterstützen. Shim über das gesamte Gehirn mit der PRESS-Sequenz. Reduzieren Sie isofluran nach Abschluss der anatomischen Scans auf 0,5 bis 0,75%, so dass die Atmung des Tieres 60 bis 65 Atemzüge pro Minute beträgt.

Bleiben Sie mindestens 10 Minuten auf diesem Niveau, bevor Sie mit dem Scannen im Ruhezustand beginnen, um die Stabilität zu gewährleisten. Wenn die Physiologie stabil ist, erfassen Sie einen 15-Scheiben-EPI-Scan mit dem gleichen Slice-Offset wie die anatomische axiale Serie. Überprüfen Sie nach Abschluss jedes Ruhezustandsscans die Qualität mithilfe einer unabhängigen Komponentenanalyse, um die Daten in räumliche und zeitliche Komponenten zu zerlegen.

Rufen Sie mindestens drei hochwertige Ruhezustandsscans ab. Wenn der Scanvorgang abgeschlossen ist, erhöhen Sie Isofluran auf 2% und stoppen Sie die subkutane Dexmedetomidin-Infusion. Entfernen Sie die Tierwiege aus der Magnetbohrung und bringen Sie das Tier in den Vorbereitungsraum zurück.

Injizieren Sie 0,015 Milligramm pro Kilogramm der verdünnten Atipamezollösung mit einer 25-Gauge-Nadel in den Hinterbeinmuskel der Ratte. Legen Sie die Ratte wieder in den Hauskäfig auf ein Heizkissen und überwachen Sie, bis das Tier ambulant ist. Bewerten Sie anhand einer unabhängigen Komponentenanalyse die Stabilität nach jedem Ruhezustandsscan.

Hier ist ein Beispiel für eine sehr hohe Stabilität dargestellt. Beachten Sie, dass die Komponenten räumlich eine hohe Regionalität aufweisen. Innerhalb des im mittleren Panel gezeigten Zeitverlaufs ist das Signal stabil und nicht vorhersehbar, was auf eine echte Gehirnaktivität hinweist.

Das Leistungsspektrum an der Unterseite zeigt überwiegend tiefe Frequenzen. Hier ist eine Rauschkomponente aus demselben Scan dargestellt. Beachten Sie die Nichtregionalität, den Hochfrequenzzeitverlauf und den einzelnen Hochfrequenzpeak im Leistungsspektrum.

Rauschkomponenten sollten während der Analyse nach dem Scan entrauscht werden. Schließlich stammt diese Komponente aus einem Scan, bei dem die Anästhesie nicht stabil war. Der angezeigte Zeitverlauf ist variabel und unregelmäßig.

Wenn dies geschieht, sind Verbesserungen des Anästhesieprotokolls erforderlich, üblicherweise an der Decke des Nasenkegels und der Abfängerung von Abgasen. Die Stabilität des Tieres, sowohl physisch als auch physiologisch, ist der Schlüssel, um qualitativ hochwertige Ruhezustandsdaten zu erhalten. Es ist unerlässlich, dass das Tier die physiologischen Schwellenwerte erreicht, bevor es in die nächste Phase der Anästhesie übergeht.

Nach dieser Überlebenstechnik kann die Ruhezustands-fMRT in Längsschnittstudien, in Verbindung mit experimentellen Manipulationen und zur Erforschung von Krankheitsmodellen verwendet werden. Die Kombination von niedrig dosiertem Isofluran mit Dexmedetomidin, die in diesem Protokoll verwendet wird, ermöglicht eine Vielzahl von präklinischen Studien für Forscher, die daran interessiert sind, das Nagetiergehirn in seinem Ruhezustand abbilden zu können.