Chirurgie stéréotaxique chez les rongeurs

La chirurgie stéréotaxique est une technique efficace utilisée pour manipuler le cerveau d’animaux vivants.

Agir au niveau des régions profondes du cerveau intact peut être problématique vu que la cible chirurgicale ne peut être visualisée.

La stéréotaxie ou chirurgie stéréotaxique a été conçue pour atteindre des zones isolées du cerveau en se basant sur leur position dans l’espace par rapport à des points de repère visualisables. En utilisant un système de coordonnées à 3 dimensions, les outils peuvent atteindre des cibles précises afin de mesurer l’activité cérébrale, créer une lésion, ou effectuer une manipulation génétique. Cette vidéo va traiter les principes de la chirurgie stéréotaxique, expliquer les étapes essentielles de la procédure et aborder différentes applications de cette technique.

Avant d’aborder les détails de la procédure, passons en revue les principes de base et les outils de cette technique.

Pour commencer, la stéréotaxie nécessite de pouvoir situer la région ciblée du cerveau dans un plan tridimensionnel. Pour cela on utilise un atlas de stéréotaxie. Ce document est une représentation du cerveau en 3D obtenue à partir de coupes de cerveaux.

Dans ce cadre de référence, les relations spatiales sont représentées dans un plan en 3 axes : antéro-postérieur, medio-latéral et dorso-ventral. Pour situer la zone ciblée, trouvez la région du cerveau correspondante dans l’atlas et utilisez la grille pour calculer les coordonnées medio-latérale et dorso-ventrale. La coordonnée antéro-postérieure est située en haut ou en bas de la page. Pour mesurer cette coordonnée on utilise les points de repère formés par la jonction des plaques osseuses du crâne, appelées sutures. Le point de repère principal, Bregma, est situé à l’intersection des sutures sagittale et coronale. Le point de repère Lambda est plus loin vers le postérieur, à l’intersection des sutures sagittale et lambdoïde.

Pour cibler précisément la zone calculée pendant l’opération, un appareil appelé cadre stéréotaxique est utilisé. Ce cadre comporte le cadre principal, le micromanipulateur, et le porte-sonde, qui est attaché sur le descendeur. Les barres d’incisives et barres d’oreilles sont au contact de l’animal de manière à maintenir sa tête dans une position fixe. Le micromanipulateur permet de diriger l’instrument chirurgical avec précision vers les coordonnes prédéfinies au sein du cerveau, il est équipé de verniers qui permettent de mesurer la distance exacte dans les trois dimensions.

Pour lire un vernier, repérez d’abord la valeur correspondante à la ligne du 0 sur la droite de l’échelle. Ce côté de l’échelle est gradué avec une unité de 10mm, donc, 1 correspond à 10 et 2 correspond à 20. Ici, la marque du zéro montre que la mesure est comprise entre 10 et 11 mm. Pour déterminer la première décimale, trouvez la ligne sur l’échelle de gauche qui correspond le mieux avec la marque sur la droite. Utilisez l’échelle de gauche pour identifier la valeur de cette marque, qui est 9 dans cet exemple. La valeur finale est ici de 10,9mm.

Maintenant que vous êtes familiarisés avec les principes de base de la stéréotaxie, voyons comment est menée la procédure chirurgicale. Avant la chirurgie, la tête de l’animal anesthésié est tondue et désinfectée. Pour maintenir l’animal en place sur le cadre de stéréotaxie, les barres d’oreille sont délicatement placées dans les oreilles, et les dents du devant sont placées dans les barres d’incisives. On applique une pommade oculaire pour éviter que la cornée ne sèche pendant la chirurgie.

Pour découvrir le crâne, faites une petite incision avec un scalpel. Séparez délicatement les tissus musculaires et nettoyez la surface du crâne. Ensuite, utilisez le micromanipulateur pour descendre une sonde jusqu’au bregma et notez sa coordonnée dorso-ventrale. Puis remontez la sonde et répétez cette procédure au lambda. Si la mesure au lambda a moins de 0,1mm de différence avec la coordonnée dorso-ventrale au bregma, le crâne est considéré comme étant à niveau et vous pouvez commencer. Sinon, remontez ou redescendez la barre d’incisives et recommencez les mesures.

Maintenant que le cerveau est à niveau, retournez au bregma et enregistrez les coordonnées medio-latérale et antéro-postérieure. En vous basant sur les coordonnées de la cible issues de l’atlas cérébral, calculez les mouvements nécessaires pour atteindre ce site et déplacez la sonde jusqu’à la bonne position. Marquez cette position sur le crâne et utilisez une perceuse pour faire un trou dans l’os. Juste en-dessous du crâne se trouve la dure mère, une membrane épaisse rigide qui peut être sectionnée délicatement avec la pointe d’une aiguille.

Ensuite, le bras du micromanipulateur est mis en position pour descendre la sonde jusqu’à la coordonnée dorso-ventrale cible, à laquelle on peut effectuer la manipulation désirée.

Maintenant que vous comprenez les étapes basiques de la procédure, voici certaines des nombreuses manières dont les neuroscientifiques utilisent la chirurgie stéréotaxique.

Pour commencer, la stéréotaxie est très utile pour déposer des agents expérimentaux dans des régions précises du cerveau. Ces agents peuvent être des colorants traceurs utilisés pour visualiser les projections et la connectivité neuronales, les composés chimiques ou les réactifs pour la manipulation génétique des neurones. Par exemple, l’injection d’un virus génétiquement modifié peut apporter un gène d’intérêt et infecter des cellules. Ici, un virus a été injecté dans l’hippocampe, provoquant l’expression de GFP dans une petite population de neurones.

D’un autre côté, l’apport par un virus de fragments d’ARN interférant peut supprimer l’expression de protéines d’intérêt. Dans cet exemple, l’expression de la protéine SOD1 a été supprimée dans différentes régions cérébrales à la suite d’une injection stéréotaxique dans le ventricule latéral.

Par ailleurs, la chirurgie stéréotaxique peut être utilisée pour placer des électrodes dans le cerveau afin d’enregistrer les signaux électriques qui accompagnent l’activité neurale. Une fois que l’animal s’est remis de la chirurgie, les électrodes peuvent être connectées à un système d’enregistrement électro-physiologique ce qui permet d’observer les décharges neuronales lorsque la souris agit librement.

En plus de mesurer l’activité neuronale, la chirurgie stéréotaxique est aussi utilisée pour effectuer des micro-dialyses. Cette technique permet la surveillance en continu des concentrations en médicament, neurotransmetteur ou métabolites dans le tissu cérébral d’animaux éveillés. Pour cela, une petite sonde remplie de fluide avec une membrane semi perméable à son extrémité est implantée dans une région cérébrale spécifique. Les petits solutés comme les neurotransmetteurs, hormones et médicaments passent par diffusion dans la sonde, où ils peuvent être collectés pour analyse. Dans cette expérimentation, la concentration en glucose de l’hippocampe a été mesurée afin d’évaluer une activité neurale locale pendant que des rats effectuent un travail qui nécessite l’utilisation de la mémoire de travail spatial.

Vous venez de regarder la vidéo de JoVE sur la chirurgie stéréotaxique. Dans cette vidéo nous avons abordé les principes et méthodes de la procédure ainsi que ses nombreuses applications dans les laboratoires de neurosciences.

Merci de nous avoir regardés!