Focalización de estructuras profundas del cerebro con microinyecciones de entrega de medicamentos, vectores virales, o trasplantes de células
1 de diciembre de 2010
En este artículo, se muestra un método para fabricar agujas capilar de vidrio con una luz de 50 micras. Esta técnica reduce significativamente el daño cerebral, minimiza la difusión pasiva de las drogas y permite una segmentación precisa en el cerebro de roedores.
El objetivo general de este procedimiento es realizar microinyecciones de alta precisión en estructuras cerebrales profundas para la administración de fármacos, vectores virales o trasplantes de células. Esto se logra produciendo primero agujas capilares de vidrio con un lumen de 50 micrómetros. El segundo paso del procedimiento es llenar el 50% de la aguja con aceite mineral por capilar e insertar el émbolo por el extremo más ancho del tubo.
El tercer paso del procedimiento es cargar la aguja con la sustancia o la suspensión celular que desea inyectar. El paso final del procedimiento es introducir la punta de la aguja e inyectar la sustancia a un flujo de velocidad muy baja en una estructura cerebral profunda. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestran una orientación muy precisa de las sustancias en el cerebro a través de microinyecciones con un tubo capilar de vidrio.
Hola, soy Oscar González del Laboratorio de Neurociencias de la Facultad de Psicología de la Universidad de Colima, México. Hoy, le mostraremos un procedimiento para realizar microinyecciones con un tubo capilar de vidrio para administrar medicamentos en el cerebro del ratón. Utilizamos este procedimiento en suficiente laboratorio para estudiar células madre neurales adultas.
Así que comencemos. El uso de agujas capilares de vidrio con un lumen de 50 micrómetros para microinyecciones en el cerebro reduce significativamente el daño cerebral, minimiza la difusión pasiva de medicamentos y permite una orientación precisa en el cerebro de los roedores. Antes de que se puedan realizar las microinyecciones, se deben construir las agujas de vidrio.
Comience colocando el tubo de vidrio capilar en un electrodo de alta resistencia de tracción de un extractor de micropipetas. A continuación, encienda el electrodo del extractor de micropipetas. Para calentar el centro del tubo de vidrio para ablandar localmente el tubo de vidrio, estire el tubo de vidrio a lo largo de su eje longitudinal una distancia inicial de tres a cinco milímetros, suficiente para causar una reducción en el diámetro del tubo de vidrio en el área localizada.
Continúe estirando el tubo de vidrio hasta que se rompa. Repita estos pasos para crear dos agujas idénticas de un solo barril. Ahora coloque las agujas de vidrio en una micro fragua.
Un ángulo de 30 grados es suficiente para biselar la punta. Por último, coloca las agujas bajo el microscopio y comprueba que ambas tienen el diámetro interior correcto. Para la mayoría de los medicamentos hidrofílicos, un diámetro interno de 30 a 50 micrómetros es ideal con las agujas construidas.
Veamos cómo usarlos para micro inyecciones. Para comenzar, llene la aguja construida con aceite mineral desde el extremo más ancho. Deje que el aceite mineral ingrese por capilar hasta que alcance aproximadamente el 50% de la longitud del tubo capilar.
Coloque grasa de alto vacío alrededor del extremo más ancho de la aguja e inserte el émbolo a través de él. Empujar suavemente el aceite mineral hasta que una pequeña gota de escena salga de la punta de la aguja de vidrio. Ahora asegure la aguja en el soporte del microinyector y comience a preparar al animal para la inyección.
Primero, coloque una almohadilla térmica en el soporte estereotáctico para animales para mantener la temperatura corporal del animal. A 37 grados centígrados, afeita la cabeza del ratón anestesiado, luego colócala y asegúrala en el dispositivo estereotáctico. Usando barras para los oídos y un soporte para los dientes, use una cuchilla quirúrgica para incidir la piel desde las orejas hasta la línea de cráneo Lambda.
Pule el cráneo con un hisopo de algodón para secarlo y sacar la piel del campo quirúrgico. A continuación, utilice la punta de la aguja de vidrio para apuntar al vértice de la sutura bgma y establezca allí la posición inicial de la inyección. Ahora establezca el punto en el cráneo que se va a perforar moviendo los ejes x e Y del dispositivo estereotáctico sobre el cráneo.
Con un microtaladro de investigación, taladre cuidadosamente los agujeros en las coordenadas seleccionadas con pinzas finas. Retire con cuidado la capa más profunda de hueso y rompa la membrana moderna de la duramadre. Verá que se escapa algo de líquido cefalorraquídeo.
Para confirmar que la aguja puede pasar a través de los orificios perforados, baje lentamente la aguja de vidrio usando el eje Z del dispositivo estereotáctico. Ahora pipetea un microlitro del fármaco que se va a inyectar y colócalo sobre un pequeño trozo de perfume. Coloca el perfume en la calavera.
Aspire el medicamento girando la rueda del microinyector mientras verifica a través del microscopio que el líquido sube a la aguja de vidrio. Retire la película para y restablezca la coordenada cero. Ahora mueva la aguja a las coordenadas seleccionadas y baje el soporte hasta que la punta de la aguja de vidrio toque suavemente la superficie del cerebro y establezca la Coordenada Z en cero.
Introducir la aguja de vidrio en el parénquima cerebral a la profundidad deseada. Inyecte la droga lentamente a una velocidad de aproximadamente un nanolitro por segundo. Cuando se inyecta el volumen deseado, se deja que el fármaco se difunda en el parénquima durante dos minutos, y luego se procede a retirar la aguja de forma suave y lenta.
Por último, pegar la herida quirúrgica y retirar al animal del dispositivo estereotáctico. Coloque al animal en una jaula de antes de la guerra para la recuperación de la anestesia. Ahora mostraremos algunos resultados de la microinyección.
Se inyectó lisofosfatidilcolina o lisina en el cuerpo de zarigüeya que produce la desmielinización de los tractos de materia blanca para minimizar la lesión cerebral producida por la aguja de vidrio. Solo se inyectaron 20 litros de lyína. La desmielinización está representada por la ausencia de expresión de la proteína básica de mielina en los tractos de sustancia blanca, se obtiene una inyección muy precisa y un tracto de aguja muy estrecho minimiza la lesión cerebral.
Acabamos de mostrarle cómo construir agujas de vidrio para realizar microinyecciones en estructuras cerebrales profundas. Al realizar este procedimiento, es importante recordar tener todos los equipos y materiales listos para ser utilizados en el quirófano. Así que eso es todo.
Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.
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Visión general
Este artículo presenta un método para crear agujas capilares de vidrio con un lumen de 50-μm, permitiendo micro inyecciones precisas en estructuras profundas del cerebro. Esta técnica minimiza el daño cerebral y reduce la difusión pasiva de medicamentos, permitiendo una entrega dirigida en modelos de roedores.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Técnicas de microinyección
- Sistemas de administración de medicamentos
Antecedentes
- Las micro inyecciones son esenciales para entregar sustancias directamente en el cerebro.
- Los métodos tradicionales pueden causar daño cerebral significativo e ineficiente entrega de medicamentos.
- Las agujas capilares de vidrio ofrecen una solución para un objetivo preciso.
- Este estudio se enfoca en mejorar el proceso de micro inyección.
Propósito del estudio
- Desarrollar un método para crear agujas capilares de vidrio con un lumen de 50-μm.
- Mejorar la precisión de la entrega de medicamentos en estructuras profundas del cerebro.
- Minimizar el daño cerebral durante el proceso de inyección.
Métodos utilizados
- Producción de agujas capilares de vidrio con un lumen de 50 μm.
- Llenar la aguja con aceite mineral para facilitar la inyección.
- Cargar la aguja con la sustancia deseada o suspensión celular.
- Inyectar la sustancia a un flujo bajo en áreas cerebrales objetivo.
Resultados principales
- El método permite un objetivo preciso de sustancias en el cerebro.
- Reducción significativa del daño cerebral en comparación con métodos tradicionales.
- Entrega eficiente de medicamentos, vectores virales o trasplantes celulares.
- Efectividad demostrada en modelos de roedores.
Conclusiones
- La técnica desarrollada mejora la precisión de las micro inyecciones.
- Proporciona un método confiable para la entrega de medicamentos en la investigación neurocientífica.
- Este enfoque puede aplicarse a varias sustancias, mejorando los resultados experimentales.
Preguntas frecuentes
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.
