Name: Una caja de herramientas basada en RMN para la planificación neuroquirúrgica en primates no humanos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: Aprende a planificar neurocirugía en primates no humanos mediante modelos 3D impresos a partir de datos de RMN. Esta técnica mejora la precisión y seguridad quirúrgica.

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Este proyecto fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shiver de los Institutos Nacionales de Salud bajo el Premio Número K12HD073945, el Centro Nacional de Investigación de Primates de Washington (WaNPCR, P51 OD010425), el Centro de Neurotecnología (CNT, un Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de la Fundación Científica bajo la Beca CEE-1028725) y la Universidad de Washington Royalty. La financiación de los laboratorios Macknik y Martinez-Conde para este proyecto vino de un PREMIO BRAIN Initiative NSF-NCS 1734887, así como de los Premios NSF 1523614 y 1829474, y de las Becas SUNY Empire Innovator a cada profesor. Agradecemos a Karam Khateeb por su ayuda con la preparación de la agarosa, y a Toni J Huan por su ayuda técnica.

<ol><li>Phillips, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Why+primate+models+matter%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Primatology%22%5BJournal%5D)">Why primate models matter.</a> American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).</li>
<li>Macknik, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+Circuit+and+Cellular+Imaging+Methods+in+Nonhuman+Primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates.</a> Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).</li>
<li>Seok, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genomic+responses+in+mouse+models+poorly+mimic+human+inflammatory+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).</li>
<li>Ju, N., Jiang, R., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S., Tang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+all-optical+interrogation+of+cortical+neurons+in+awake-behaving+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Long-term all-optical interrogation of cortical neurons in awake-behaving nonhuman primates.</a> PLoS Biol. 16 (8), 2005839(2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Widespread+optogenetic+expression+in+macaque+cortex+obtained+with+MR-guided%2C+convection+enhanced+delivery+%28CED%29+of+AAV+vector+to+the+thalamus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus.</a> Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+cortical+reorganization+using+optogenetics+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates.</a> Elife. 7, (2018).</li>
<li>Ledochowitsch, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strategies+for+optical+control+and+simultaneous+electrical+readout+of+extended+cortical+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Strategies for optical control and simultaneous electrical readout of extended cortical circuits.</a> Journal of Neuroscience Methods. 256, 220-231 (2015).</li>
<li>Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Quantitative+Model+for+Estimating+the+Scale+of+Photochemically+Induced+Ischemic+Stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Conference+proceedings+-+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%22%5BJournal%5D)">A Quantitative Model for Estimating the Scale of Photochemically Induced Ischemic Stroke.</a> Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 2744-2747 (2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Sabes, P. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+techniques+for+large-scale+manipulations+of+cortical+networks+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Conference+proceedings+-+IEEE+Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%22%5BJournal%5D)">Novel techniques for large-scale manipulations of cortical networks in nonhuman primates.</a> Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 5479-5482 (2018).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Large-Scale+Interface+for+Optogenetic+Stimulation+and+Recording+in+Nonhuman+Primates%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">A Large-Scale Interface for Optogenetic Stimulation and Recording in Nonhuman Primates.</a> Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).</li>
<li>Yazdan-Shahmorad, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+a+setup+for+chronic+optogenetic+stimulation+and+recording+across+cortical+areas+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2015).</li>
<li>Han, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetics+in+the+nonhuman+primate%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Optogenetics in the nonhuman primate.</a> Progress in Brain Research. 196, 215-233 (2012).</li>
<li>Acker, L., Pino, E. N., Boyden, E. S., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FEF+inactivation+with+improved+optogenetic+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">FEF inactivation with improved optogenetic methods.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (46), 7297-7306 (2016).</li>
<li>May, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+optogenetic+stimulation+in+somatosensory+cortex+by+nonhuman+primates--towards+artificial+tactile+sensation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Detection of optogenetic stimulation in somatosensory cortex by nonhuman primates--towards artificial tactile sensation.</a> PLoS One. 9 (12), 114529(2014).</li>
<li>Griggs, D. J., K, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W. K. S., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+large-scale+optogenetic+interface+for+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE+BiOS%22%5BJournal%5D)">Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates.</a> SPIE BiOS. , (2019).</li>
<li>Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Convection+Enhanced+Delivery+of+Optogenetic+Adeno-associated+Viral+Vector+to+the+Cortex+of+Rhesus+Macaque+Under+Guidance+of+Online+MRI+Images%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Convection Enhanced Delivery of Optogenetic Adeno-associated Viral Vector to the Cortex of Rhesus Macaque Under Guidance of Online MRI Images.</a> Journal of Visualized Experiments. (147), (2019).</li>
<li>Lucas, T. H., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Myo-cortical+crossed+feedback+reorganizes+primate+motor+cortex+output%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Myo-cortical crossed feedback reorganizes primate motor cortex output.</a> Journal of Neuroscience. 33 (12), 5261-5274 (2013).</li>
<li>Jackson, A., Mavoori, J., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+motor+cortex+plasticity+induced+by+an+electronic+neural+implant%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Long-term motor cortex plasticity induced by an electronic neural implant.</a> Nature. 444 (7115), 56-60 (2006).</li>
<li>Paxinos, G., Huang, X. F., Petrides, M., Toga, A. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+Rhesus+Monkey+Brain+in+Stereotaxic+Coordinates.+2nd+Edition%22">The Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates. 2nd Edition</a>. , Elsevier Science. (2008).</li>
<li>Krauze, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflux-free+cannula+for+convection-enhanced+high-speed+delivery+of+therapeutic+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Reflux-free cannula for convection-enhanced high-speed delivery of therapeutic agents.</a> Journal of Neurosurgery. 103 (5), 923-929 (2005).</li>
<li>Chen, Z. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+realistic+brain+tissue+phantom+for+intraparenchymal+infusion+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies.</a> Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).</li>
<li>Cheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prolonged+operative+duration+is+associated+with+complications%3A+a+systematic+review+and+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Surgical+Research%22%5BJournal%5D)">Prolonged operative duration is associated with complications: a systematic review and meta-analysis.</a> Journal of Surgical Research. 229, 134-144 (2018).</li>
<li>Michikawa, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+extraction+of+endocranial+surfaces+from+CT+images+of+crania%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania.</a> PLoS One. 12 (4), 0168516(2017).</li>
<li>Soliman, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+realistic+phantom+for+validating+MRI-based+synthetic+CT+images+of+the+human+skull%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">A realistic phantom for validating MRI-based synthetic CT images of the human skull.</a> Medical Physics. 44 (9), 4687-4694 (2017).</li>
<li>Blonde, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Customizable+cap+implants+for+neurophysiological+experimentation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Customizable cap implants for neurophysiological experimentation.</a> Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).</li>
<li>Overton, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+acrylic-free+implants+in+nonhuman+primates+for+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).</li>
<li>Lohmeier, J., Kaneko, T., Hamm, B., Makowski, M. R., Okano, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((atlasBREX%3A+Automated+template-derived+brain+extraction+in+animal+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">atlasBREX: Automated template-derived brain extraction in animal MRI.</a> Scientific Reports. 9 (1), 12219(2019).</li>
<li>Ortiz-Rios, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+methods+for+MRI-compatible+implants+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates.</a> Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).</li>
<li>Nishimura, Y., Perlmutter, S. I., Eaton, R. W., Fetz, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spike-timing-dependent+plasticity+in+primate+corticospinal+connections+induced+during+free+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Spike-timing-dependent plasticity in primate corticospinal connections induced during free behavior.</a> Neuron. 80 (5), 1301-1309 (2013).</li>
<li>Seeman, S. C., Mogen, B. J., Fetz, E. E., Perlmutter, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paired+Stimulation+for+Spike-Timing-Dependent+Plasticity+in+Primate+Sensorimotor+Cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Paired Stimulation for Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Sensorimotor Cortex.</a> Journal of Neuroscience. 37 (7), 1935-1949 (2017).</li>
<li>Sedaghat-Nejad, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+training+of+marmosets+and+electrophysiological+recording+from+the+cerebellum%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Behavioral training of marmosets and electrophysiological recording from the cerebellum.</a> Journal of Neurophysiology. 122 (4), 1502-1517 (2019).</li>
<li>Schweizer-Gorgas, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+features+of+canine+gliomatosis+cerebri%5BTitle%5D)+AND+%22Veterinary+Radiology+%26+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging features of canine gliomatosis cerebri.</a> Veterinary Radiology & Ultrasound. 59 (2), 180-187 (2018).</li>
<li>Galvan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonhuman+Primate+Optogenetics%3A+Recent+Advances+and+Future+Directions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions.</a> Journal of Neuroscience. 37 (45), 10894-10903 (2017).</li>
<li>Galvan, A., Caiola, M. J., Albaugh, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+optogenetic+and+chemogenetic+methods+to+study+brain+circuits+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Transmission%22%5BJournal%5D)">Advances in optogenetic and chemogenetic methods to study brain circuits in nonhuman primates.</a> Journal of Neural Transmission. 125 (3), 547-563 (2018).</li>
</ol>

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar en este momento.

Este artículo describe una caja de herramientas para la preparación de neurocirugías en LOS PCN utilizando modelos físicos y CAD de cráneo y anatomía cerebral extraídos de las exploraciones por RMN.
Mientras que los modelos de cráneo y cerebro extraídos e impresos en 3D fueron diseñados específicamente para la preparación de cirugías de craneotomía y la cabeza postimplantaciones, la metodología se presta a varias otras aplicaciones. Como se describió anteriormente, el modelo físico del cráneo ...

La investigación de primates ha sido un paso fundamental en la progresión de la investigación médica de modelos animales a ensayos en humanos1,2. Esto es especialmente así en el estudio de la neurociencia y la ingeniería neuronal, ya que hay una gran discrepancia fisiológica y anatómica entre los cerebros de roedores y los de los primates no humanos (NHP)1,2,3. Con tecnologías genéticas emergentes como la quimiogenética, la optogenética y las imágenes de calcio que requieren la modificación genética de las neuronas, la investigación de ingeniería neuronal que estudia la función neuronal en los NHP ha ganado especial atención como modelo preclínico para entender la función cerebral2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. En la mayoría de los experimentos de neurociencia nhP, se requieren medidas neuroquirúrgicas para la implantación de diversos dispositivos tales como postes de cabeza, cámaras de estimulación y grabación, matrices de electrodos y ventanas ópticas4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.
Los laboratorios actuales de NHP utilizan una variedad de métodos que a menudo incluyen prácticas ineficaces, incluyendo sedar al animal para que se ajuste a las piernas de un poste de la cabeza y aproximar la curvatura del cráneo alrededor del sitio de craneotomía. Otros laboratorios ajustan el poste de la cabeza al cráneo en la cirugía o emplean métodos más avanzados para obtener las mediciones necesarias para la implantación como el análisis de un atlas cerebral NHP y resonancia magnética (MR) para tratar de estimar las curvaturas del cráneo2,10,11,16. Las neurocirugías en los PNA también implican inyecciones de fluidos, y los laboratorios a menudo no tienen manera de visualizar la ubicación de inyección proyectada dentro del cerebro2,4,5,13,14 que dependen únicamente de las mediciones estereotaxicas y la comparación con las exploraciones por RMN. Estos métodos tienen un grado de incertidumbre inevitable al no poder probar la compatibilidad física de todos los componentes complejos del implante.
Por lo tanto, hay una necesidad de un método no invasivo preciso para la planificación neuroquirúrgica en los PNA. Aquí, presentamos un protocolo y metodología para la preparación de cirugías de implantación e inyección en estos animales. Todo el proceso proviene de las resonancias magnéticas, donde el cerebro y el cráneo se extraen de los datos para crear modelos tridimensionales (3D) que luego se pueden imprimir en 3D. Los modelos de cráneo y cerebro se pueden combinar para prepararse para cirugías de craneotomía, así como postes de cabeza con un mayor nivel de precisión. El modelo cerebral también se puede utilizar para crear un molde para la fundición de un modelo de gel anatómicamente preciso del cerebro. El cerebro de gel solo y en combinación con un cráneo extraído se puede utilizar para prepararse para una variedad de cirugías de inyección. A continuación describiremos cada uno de los pasos necesarios para la caja de herramientas basada en RMN para la preparación neuroquirúrgica.

<table><tbody><tr><td>Software de impresión 3D (GrabCAD Print)</td><td>Stratasys</td><td>versión 1.36</td><td>Se utiliza para la impresión 3D de alta calidad</td></tr><tr><td>Software de impresión 3D (Simplify 3D)</td><td>Simplify3D</td><td>versión 4.1</td><td>Se utiliza para la impresión 3D PLA</td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Benchmark Scientific</td><td>A1700</td><td>Se utiliza para hacer cerebros de gel</td></tr><tr><td>Esmalte de uñas negro</td><td>L.A. Colors</td><td>CNP637</td><td>Se utiliza para el moldeo en</td></tr> <tr><td>gelCánula (ID 450 mmm, OD 666 mmm)</td><td>Polymicro Technologies</td><td>1068150625</td><td>Se utiliza para inyectar tinte en el cerebro de gel</td></tr><tr><td>Conector de catéter</td><td>B Braun</td><td>PCC2000</td><td>Perifix para catéteres epidurales de calibre 20-24; Unidades por Cs 50</td></tr><tr><td>Dremel 3D Impresora Digilab 3D45</td><td>Dremel</td><td>F0133D45AA</td><td>Utilizado para la creación de prototipos en PLA</td></tr><tr><td>ECOWORKS</td><td>Stratasys</td><td>300-00104</td><td>Se utiliza para disolver estructuras de soporte QSR</td></tr><tr><td>Matraz Erlymeyer</td><td>Pyrex</td><td>4980</td><td>Utilizado para moldeo en gel</td></tr><tr><td>Cianoacrilato de etilo</td><td>The Original Super Glue Corp.</td><td>15187</td><td>Se utiliza para fabricar cánula combinada</td></tr><tr><td>Cilindro</td><td></td> graduado <td>3023</td><td>Se utiliza para el moldeo en gel</td></tr><tr><td>HATCHBOX PLA Filamento de impresora 3D</td><td>HATCHBOX</td><td>3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK Bobina de</td><td>1 kg, 1,75 mm, rojo/negro</td></tr><tr><td>Goma de garrofín</td><td>Despensa modernista</td><td>1018</td><td>Agente de goma para mezclas de cerebro en gel</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>R2019b</td><td>Utilizado para Extracción de cráneo</td></tr><tr><td>McCormick Colorante alimentario amarillo</td><td>McCormick</td><td></td><td>Se utiliza para la inyección de tinte</td></tr><tr><td>Microondas</td><td>Panasonic</td><td>NN-SD975S</td><td>Se utiliza para el curado de agarosa</td></tr><tr><td>Software de imágenes por resonancia magnética (3D Slicer)</td><td>3D Slicer</td><td>versión 4.10.2</td><td>Se utiliza para la generación de modelos 3D</td></tr><tr><td>Software de imágenes por resonancia magnética (Mango con complemento BET)</td><td>Reasearch Imaging Institute</td><td>versión 4.1</td><td>Se utiliza para el cerebro extracción</td></tr><tr><td>Philips Acheiva Sistema de resonancia magnética</td><td>Philips</td><td>4522 991 19391</td><td>Se utiliza para obtener imágenes de primates no humanos</td></tr><tr><td>Solución tamponada de fosfato</td><td>Gibco</td><td>70011-044</td><td>10X diluida con agua desionizada a 1X</td></tr><tr><td>Bomba</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Utilizada para la inyección de tinte</td></tr><tr><td>Controlador de bomba</td><td>WPI</td><td>UMP3T-1</td><td>Utilizada para la inyección</td>de</tr><tr><td>tinte Refrigerador</td><td>General Electric</td><td></td><td>Se utiliza para conservar el gel de agarosa</td></tr><tr><td>Espátula científica</td><td>VWR</td><td>82027-494</td><td>Se utiliza para extraer moldes de gel</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systèmes</td><td>2019</td><td></td></tr><tr><td>Stratasys ABS-M30 filamento</td><td>Stratasys</td><td>333-60304</td><td>Se utiliza para la impresión 3D de alta calidad Impresora 3D</td></tr><tr><td>Stratasys F170</td><td>Stratasys</td><td>123-10000</td><td>Se utiliza para impresión 3D de alta calidad</td></tr><tr><td>Soporte QSR Stratasys</td><td>Stratasys</td><td>333-63500</td><td>Se utiliza para crear soportes con el modelo ABS</td></tr><tr><td>Jeringa</td><td>SGE</td><td>SGE250TLL</td><td>Se utiliza para la inyección de tinte</td></tr></tbody></table>

una caja de herramientas basada en rmn para la planificación neuroquirúrgica en primates no humanos

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

En este documento, delineamos un método para la preparación quirúrgica que permite la planificación práctica de una variedad de neurocirugías en los PNA utilizando únicamente datos extraídos de imágenes por resonancia magnética (RM). Este protocolo permite la generación de modelos físicos anatómicamente precisos impresos en 3D del cerebro y el cráneo, así como un modelo de gel de agarosa del cerebro modelando algunas de las propiedades mecánicas del cerebro. Estos modelos se pueden extraer de la RMN utilizando software de extracción cerebral para el modelo del cerebro, y código personalizado para el modelo del cráneo. El protocolo de preparación aprovecha la tecnología de impresión 3D de última generación para hacer que los cerebros, cráneos y moldes que interconectan para modelos de cerebro de gel. Los modelos de cráneo y cerebro se pueden utilizar para visualizar el tejido cerebral dentro del cráneo con la adición de una craneotomía en el código personalizado, lo que permite una mejor preparación para las cirugías que involucran directamente el cerebro. Las aplicaciones de estos métodos están diseñadas para cirugías involucradas en la estimulación neurológica y el registro, así como la inyección, pero la versatilidad del sistema permite la futura expansión del protocolo, técnicas de extracción y modelos a un alcance más amplio de cirugías.

La manipulación y el análisis de las resonancias magnéticas como medida de planificación de la craneotomía preoperatoria se ha utilizado con éxito en los últimos2,5,10,16. Este proceso, sin embargo, se ha mejorado en gran medida por la adición del modelado 3D del cerebro, cráneo y craneotomía. Pudimos crear con éxito un modelo físico anatómicamente preciso del cerebro que reflejaba el área de i...

El método descrito a continuación tiene como objetivo proporcionar un protocolo completo para la preparación de neurocirugía de primates no humanos (NHP) utilizando una novedosa combinación de métodos de impresión tridimensionales (3D) y extracción de datos por resonancia magnética.

Una caja de herramientas basada en RMN para la planificación neuroquirúrgica en primates no humanos

In this paper, we outline a method for surgical preparation that allows for the practical planning of a variety of neurosurgeries in NHPs solely using ...

Este protocolo es significativo para el campo de la ingeniería neuronal porque ofrece un procedimiento conciso y no suimodal diseñado para mejorar la precisión y seguridad de la neurocirugía en primates no humanos. Esta técnica ofrece a los investigadores la capacidad única de visualizar cada aspecto de su procedimiento de implantación o inyección, y asegura que pueden entrar en un quirófano lo más preparado posible. La demostración visual de este método es fundamental porque pone de relieve el impacto y la claridad que los modelos físicos de tamaño natural pueden tener en la planificación quirúrgica.Para extraer el cerebro en el software de imágenes por resonancia magnética, abra el menú desplegable de plugins y seleccione extraer cerebro. Establezca el umbral de intensidad de extracción en 2,5, 2,7 y el valor de degradado de umbral en cero. Después de crear un mapa de bits de la imagen cerebral, seleccione la superficie de compilación en el menú de la imagen e introduzca el umbral utilizado para crear el mapa de bits que contiene la región de interés.A continuación, haga clic en Aceptar para crear la superficie. Y salvar la región cerebral extraída de interés como un NII o NII. GZ.Para generar un modelo cerebral, abra el archivo cerebral extraído en el software de procesamiento de imágenes médicas adecuado. Y en el menú del módulo del editor, seleccione el efecto de umbral, ajuste los controles deslizantes del rango de umbral para que la parte del mapa de bits que contiene el cerebro se resalte en los tres sectores. Abra el módulo de creación de modelos y, en el menú desplegable volúmenes de entrada, seleccione el archivo de mapa de bits.En Modelos, seleccione crear una nueva jerarquía de modelos y haga clic en Aplicar para crear el volumen. Cuando se haya importado la superficie del cerebro de malla importada, seleccione la superficie gráfica. Y suprima las características gráficas innecesarias hasta que solo las entidades que contienen el cerebro permanezcan en el archivo.A continuación, guarde los archivos en el formato PRT para su posterior manipulación y como STL para la impresión 3D. Para el moldeo cerebral, cargue el modelo cerebral extraído en un programa de software de diseño computar financiado adecuado. En la sección de operaciones del menú de inserción, seleccione Convertir en sólido de malla y el cuerpo gráfico del cerebro para convertirlo, abra esta ficha de croquis y haga clic en croquis para seleccionar el plano superior como plano de croquis.Dibuje un rectángulo alrededor de todo el hemisferio de interés y seleccione la entidad de base de saliente de extrusión para extruir un rectángulo cúbico que contenga la parte superior del cerebro. En la sección de operaciones del menú insertar, seleccione Convertir en sólido de malla y seleccione el cubo extruido en la carpeta de sólidos para convertirlo. Para crear el espacio negativo, utilice la función de combinación y seleccione la opción de restar para restar el modelo del cerebro del cubo recién extruido.Para el modelado de cráneos, importe la RMN MPRAGE rápida en un programa de software de manipulación de matriz adecuado como un archivo DICOM. Y utilice los comandos para combinar todos los fotogramas en una sola matriz 3D según sea necesario. Asegúrese de que cada fotograma 2D de la matriz muestra un sector coronal y utilice un operador mayor que para los valores de píxel individuales para umbralar la matriz 3D para crear una máscara binaria.A continuación, ajuste el umbral de tal manera que la anatomía del cráneo sea capturada por la máscara. Para eliminar la capa de musculatura, agarre iterativamente un corte 2D de la máscara para procesar cada fotograma de la máscara 3D por separado y utilice el operador tilde para invertir los valores de la máscara. Los valores del cráneo serán los que.El exterior y el cerebro tendrán valores de cero. Agregue vóxeles vacíos adicionales a la máscara 3D hasta que la dimensión de resolución más baja de la máscara sea mayor por un factor definido por el factor de escala. Y interpola linealmente los valores en la máscara hasta que la máscara llene el nuevo espacio.A continuación, exporte el cráneo como un archivo STL o un tipo de archivo similar para la impresión 3D. Para crear una craneotomía en el modelo de cráneo 3D, abra el archivo de RMN y escanee manualmente de un lado a otro a través de la matriz 3D para identificar la ubicación aproximada de la craneotomía utilizando puntos de referencia anatómicos que se encuentran en el atlas cerebral macaco. Para crear un molde de agarosa, vierta la solución de agarosa en un molde cerebral de hemisferio completo o medio y permita que la solución se solidifique dentro del molde durante unas dos horas.Cuando la agarosa se haya establecido, utilice una espátula para quitar suavemente el modelo de gel del molde, teniendo cuidado, no dañar la superficie del molde. Para una infusión simulada del modelo de gel de agarosa, monte una bomba de jeringa en un brazo estereotaxico en un marco estereotaxico y llene una jeringa de 250 microlitros con agua ionizada. Cargue la jeringa en la bomba de la jeringa y llene completamente la cánula de inyección con el agua.Utilice el controlador de la bomba para cargar el volumen objetivo de colorante de alimentos en la jeringa para inyección. Y expulse el colorante de los alimentos hasta que se forme un pequeño cordón en la punta de la cánula. Seque el cordón de la punta de la cánula y coloque el modelo de gel debajo de la cánula.Baje la cánula hasta que la punta toque la superficie del modelo de gel, y observe las medidas en el brazo estereotaxico. A continuación, baje suavemente y rápidamente la cánula en el modelo de gel a la profundidad de inyección objetivo. Asegurarse de que la superficie del gel se ha sellado alrededor de la cánula y ejecutar la bomba mientras observa la propagación del troquel hasta que se haya entregado el volumen objetivo.Usando este protocolo, se puede crear un modelo físico anatómicamente preciso del cerebro de primate no humano. Del mismo modo, también se puede generar un modelo físico anatómicamente preciso del cráneo de primate extraído de imágenes de resonancia magnética. Los modelos físicos del cráneo y el cerebro se pueden combinar con un ajuste de interferencia apretado, validando la precisión de los dos modelos en relación entre sí y legitimando los datos de análisis de RMN extrapolados.La inserción de una craneotomía en el cráneo antes de la impresión, permite la combinación de todas las partes de la interfaz de la muestra para la evaluación de la geometría de varios componentes en relación con el cráneo y el cerebro. Por ejemplo, en este experimento, los pies del poste de la cabeza fueron manipulados y ajustados a la curvatura del cráneo en la ubicación de la implantación antes del procedimiento. Resultando en un tiempo quirúrgico reducido de aproximadamente 2,5 horas a una hora desde la apertura hasta la implantación, reduciendo en gran medida el riesgo de complicaciones operativas.Los modelos cerebrales de mezcla de agarosa se pueden inyectar con tinte amarillo en un área de interés para estimar el volumen de la perfusión propuesta y combinar el modelo de agarosa con un cráneo impreso en 3D se puede utilizar para modelar la cirugía de inyección de vectores virales. Teniendo en cuenta las variaciones en el cráneo y la anatomía cerebral en diferentes animales, el éxito en el proceso de extracción requerirá ajustes en los pasos iterativos. Así que esta caja de herramientas se puede utilizar para reducir el riesgo en la neurocirugía de primates no humanos y las técnicas de fabricación pueden mejorar el proceso experimental a la vanguardia de la neurociencia.

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