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In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescenc...
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JoVE Journal Neuroscience
In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescence Macroscopy

In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescence Macroscopy In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescence Macroscopy In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescence Macroscopy In Vivo

Full Text
14,665 Views
06:22 min
July 29, 2019

DOI: 10.3791/59774-v

Amanda M Sweeney*1, Virginia Plá*1, Ting Du1, Guojun Liu1, Qian Sun1, Sisi Peng1, Benjamin A. Plog1, Benjamin T. Kress1, Xiaowei Wang1, Humberto Mestre1, Maiken Nedergaard1,2

1Center for Translational Neuromedicine,University of Rochester Medical Center, 2Center for Translational Neuromedicine,University of Copenhagen

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a novel transcranial optical imaging technique that enables real-time mesoscopic imaging of cerebrospinal fluid (CSF) transport in the cortex of live mice through an intact skull. This method allows for dynamic measurements of glymphatic transport with reduced costs compared to other imaging modalities.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Imaging techniques
  • Cerebrospinal fluid dynamics

Background

  • Glymphatic transport plays a critical role in brain metabolism and waste clearance.
  • Monitoring CSF dynamics is essential for understanding its impact on neurological health.
  • Traditional imaging methods can be invasive and costly.
  • New techniques are needed to study CSF flow in vivo with minimal invasiveness.

Purpose of Study

  • To develop an effective imaging technique for assessing CSF transport in vivo.
  • To facilitate dynamic observation of glymphatic function in research settings.
  • To simplify surgical procedures for installing imaging apparatus.

Methods Used

  • Transcranial optical imaging platform.
  • Live mice were used as the biological model for studying CSF dynamics.
  • The technique involves the installation of a cisterna magna cannula and a head plate.
  • Extensive pre-surgical and surgical procedures were detailed to ensure accurate placement.
  • CSF tracers were infused and imaged in real-time to observe transport processes.

Main Results

  • The fluorescent tracer was observed in various CSF pools, demonstrating transport through the glymphatic system.
  • Imaging revealed that glymphatic influx was reduced following traumatic brain injury.
  • Quantitative analysis indicated a significant decrease in tracer uptake in the injured hemisphere.
  • The technique provides robust data for understanding CSF dynamics in health and disease.

Conclusions

  • This imaging technique significantly advances the study of glymphatic transport, enabling more accurate assessments of CSF dynamics.
  • The method's simplicity and cost-effectiveness expand its applicability in neuroscience research.
  • The findings enhance our understanding of CSF function and its implications for various neurological conditions.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of the transcranial optical imaging technique?
The technique allows for real-time imaging of CSF transport with minimal invasiveness, making it more accessible and cost-effective compared to traditional imaging methods.
How is the cisterna magna cannula installed?
The cannula is implanted using simple surgical procedures that involve making a midline skin incision and exposing the skull. This process is minimally invasive after proper training.
What data is obtained using this imaging method?
The method provides dynamic imaging data on CSF tracer distribution, allowing researchers to analyze glymphatic flow patterns and responses to injuries.
How can this method be applied in future studies?
This technique can be adapted to study CSF dynamics in various neurological diseases, particularly those affecting glymphatic function.
What are the limitations of the technique?
While minimally invasive, the technique requires precise surgical skill and may need optimization for different animal models or conditions.

L'imagerie optique transcrânienne permet l'imagerie à large champ du transport du liquide céphalo-rachidien dans le cortex des souris vivantes à travers un crâne intact.

Cette nouvelle technique d’imagerie mésoscopique en temps réel des traces de CSF florescentes à travers le crâne intact de souris vivantes peut être utilisée pour évaluer le transport glymphatique. Le principal avantage est que cette technique permet des mesures dynamiques des traceurs intracistraux in vivo à une fraction du coût d’autres modalités d’imagerie. Les procédures requises pour placer la plaque de tête sur la canule magna cisterna sont simples et peu invasives, mais nécessitent une pratique à effectuer correctement.

La démonstration visuelle des étapes critiques de cette méthode est nécessaire pour maximiser la qualité de l’image et permettre des comparaisons reproductibles entre différentes souris et groupes expérimentaux. Après avoir confirmé un manque de réponse à pincement des pieds humide le cou et la tête avec de l’eau stérile et raser la fourrure humidifié. Essuyez la peau exposée à l’aide d’un écouvillon d’alcool pour enlever les poils résiduels et placez la souris dans un cadre stéréotaxique au-dessus d’un tampon à température contrôlée.

Appliquer de l’onguent sur les yeux des animaux et nettoyer la peau exposée à l’l’l’œil chlorhexidine. Après 2 minutes, retirer la chlorhexidine à l’alcool et appliquer une solution d’iodone. Lorsque l’iodone a séché injecter analgésie sous-cutanée dans le haut du crâne et le cou.

À partir de la partie du cou qui couvre la croûte occipitale, faire une coupe médiane dans la peau qui recouvre continue rostrally vers la ligne intraorbitale. Étendre l’incision latéralement à la frontière où le muscle temporal s’insère dans le crâne et enlever toute la peau de l’incision fusitforme pour exposer les os frontaux et pariétals. Irriguer le crâne avec salin stérile, et utiliser des cotons-tiges pour nettoyer la surface jusqu’à ce qu’il soit exempt de débris et de cheveux.

Après l’insertion de la cisterna magna cannula appliquer un mélange de ciment dentaire et de colle cyanoacrylate sur le côté ventral de la plaque de tête autour de la frontière. Placez la plaque de tête sur le crâne de sorte que la bordure antérieure de la plaque s’aligne avec la pointe postérieure de l’os nasal et la bordure postérieure s’aligne avec l’aspect antérieur de l’os interpariétal en s’assurant que la suture sagittale est centrée et droite par rapport à la fenêtre. Il est important de s’assurer que la plaque de tête est fixée et qu’elle n’obstrue pas le champ de vision de la cannulation magna cisterna.

Utilisez quelques gouttes d’accélérateur de colle pour fixer la position de la plaque de tête et combler les lacunes restantes avec le mélange de ciment. Collez la cisterna magna cannula à la plaque de tête et utilisez la plaque de tête pour placer la souris dans le porte-tête en position fixe. Placez soigneusement la souris et la pompe d’infusion attachées à la canule sur un chariot pour le transport vers le macroscope et placez le porte-tête sur la scène du macroscope.

Assurez-vous que la ligne de la pompe à seringues à la canule magna cisterna n’est pas tendue et qu’elle n’a pas de plis. Observez la fréquence respiratoire et la coloration rose des muqueuses pour confirmer une bonne oxygénation. Allumez la caméra macroscope et la diode électroluminescente et démarrez le mode live.

Ajustez le grossissement du champ d’imagerie de sorte que la suture nasofrontale en haut du champ et la suture lambdoid au fond puissent clairement être visualisées. Une fois en place, tapez le porte-tête au stade macroscope et concentrez le macroscope sur le crâne exposé jusqu’à ce que le plan focal soit situé sur les côtés latéraux des os pariétals postérieures aux sutures coronaires. Pour l’infusion de traceur CSF, réglez la pompe d’infusion au taux et au volume appropriés et réglez la longueur d’onde d’excitation et le temps d’exposition appropriés pour le traceur pour chaque canal.

Vérifiez ensuite que la fonction de déclenchement du macroscope est correcte avant d’initier simultanément l’infusion du traceur et l’imagerie. Pendant l’imagerie, les sutures naso frontales, sagittales, coronal et lambdoid peuvent être facilement identifiées. Une fois que le traceur de CSF a été infusé dans la magna de cisterna la fluorescence de traceur est d’abord observée dans de grandes piscines de CSF sous-arachnoïdien à la citerne olfactofrontal et à la citerne quadrigeminal près de la cavité pinéale et par la suite entourant les artères cérébrales moyennes.

Les traceurs de CSF entrent alors dans leur cerveau le long des espaces peri vasculaires des branches corticales de peal de l’artère cérébrale moyenne. L’imagerie de transport de CSF après des dommages traumatiques de cerveau indique traceur d’abord à la citerne olfactofrontal mais l’afflux glymphatic le long des espaces périivasculaires corticals est complètement aboli sur le côté de la blessure. L’analyse quantitative des images in vivo démontre que la zone d’afflux ipsilateral est diminuée de près d’un tiers par rapport à l’hémisphère contralatéral.

Pour éviter les artefacts de mouvement et les changements dans le plan focal n’oubliez pas de fixer correctement la plaque de tête et le porte-plaqueau et de vérifier le niveau d’anesthésie de l’animal. Après l’expérience, les résultats de l’imagerie in vivo peuvent être validés en quantifiant la pénétration du traceur à l’aide de la technique réelle Cette technique permet l’étude du système glymphatique d’une manière physiologique et mini-invasive et peut aider à répondre aux questions futures sur l’hydrodynamique CSF dans la santé et la maladie.

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Neurosciences Numéro 149 transcrânienne macroscopique crâne intact imagerie in vivo système glymphatique liquide céphalo-rachidien

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