מאמר מחקר

כרית חימום הומותרמית המופעלת על ידי סוללה לשמירה על טמפרטורת הליבה בעכברים וחולדות

DOI:

10.3791/69074

⸱

10 באוקטובר 2025

 ,  , 
1Department of Physiology & Biophysics, Miller School of Medicine, University of Miami, 2Department of Otolaryngology, Miller School of Medicine, University of Miami

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דוח זה מתאר בנייה ושימוש בכרית חימום ניידת בעלות נמוכה, קלה להרכבה לשימוש עבור יונקים קטנים מורדמים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הרדמה מורידה את טמפרטורת הליבה של הגוף וזה פוגע קשות במצב הפיזיולוגי של חיית ניסוי. חשוב לציין, היפותרמיה משנה היבטים רבים של תפקוד עצבי. בעת רישום פעילות מערכת העצבים בבעלי חיים מורדמים, יש לייצב את טמפרטורת הליבה של החיה. למרות שכריות חימום מסחריות לבעלי חיים קטנים זמינות, הן בדרך כלל יקרות, מגושמות במקצת ודורשות כבלי חשמל ומקור 120/240V. כתוצאה מכך, הובלת בעל חיים מורדם ממקום אחד (למשל, חדר כירורגי) למקום אחר (למשל, מתקן הדמיה) כרוכה בהזזת כבלי חשמל. יתר על כן, מכשירים מסחריים לא תמיד תואמים למסגרות סטריאוטקסיות מותאמות אישית, שלבי מיקרוסקופ או קופסאות אחיזה. דוח זה מתאר כרית חימום בעלות נמוכה, מופעלת על ידי סוללה ומבוקרת טמפרטורה לעכברים וחולדות ומתעד את תוקפו ותועלתו. המכשיר עוקב אחר טמפרטורת הליבה של בעל החיים באופן רציף ומתאים אוטומטית את כרית החימום כדי לשמור על נורמותרמיה. ניתן לבנות אותו תוך פחות מ-30 דקות, הרכיבים זמינים והעלות היא פחות מ-100 דולר. המכשיר נייד, מה שהופך אותו לנוח לחוקרים המבצעים הליכים כמו הכנות כירורגיות במקום אחד ומעבירים את החיה המורדמת למקום אחר להקלטות ניסיוניות. המכשיר יכול לשמור על נורמותרמיה של עכבר מורדם ±0.7° למשך למעלה מ-6 שעות ללא חום משלים (למשל, מנורת חום), למרות הפרש של >15° בין טמפרטורת החדר הסביבתית לטמפרטורת גוף הליבה. דוח זה מדגים כיצד ניתן להשתמש בכרית החימום להדמיה in vivo של פעילות עצבית לתקופה ממושכת בעכברים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

השיטות הנוכחיות לחקירת פעילות עצבית in vivo במוחם של עכברים וחולדות משתמשות בטכניקות הדמיה פונקציונליות מתוחכמות ו/או מערכי רב-אלקטרודות 1,2,3,4. במחקרים רבים כאלה, חיית הניסוי מורדמת עמוק או במישור כירורגי של הרדמה. עם זאת, ידוע היטב כי הרדמה משביתה את ויסות החום בבעלי חיים; טמפרטורת הליבה של בעל חיים מורדם יורדת במהירות. לדוגמה, בחולדות ועכברים, הזרקה תוך צפקית של חומר הרדמה נפוץ, קטמין, מובילה במהירות להיפותרמיה 5,6,7. ואכן, היפותרמיה מסבכת את ההרדמה הכללית בבני אדם ובמכרסמים כאחד 8,9,10,11. כתוצאה מכך, נדרש מכשיר לשמירה על טמפרטורת הליבה של הגוף של בעל חיים למגוון רחב של ניסויים בבעלי חיים מורדמים 12,13,14,15,16,17,18.

היפותרמיה היא בעיה מיוחדת במדעי המוח. טמפרטורה נמוכה משפיעה על המוח ועל תפקוד העצבים בכמה דרכים. היפותרמיה קלה במהלך ההרדמה מחזקת את מחסום הדם-מוח מפני עלבונות ניסיוניים כגון זלוף עם תמיסות היפר-אוסמולריות19; היפותרמיה חמורה יותר משבשת את מחסום הדם-מוח20. היפותרמיה מפחיתה את מהירות ההולכה העצבית בעצבים המרכזיים21 וההיקפיים22 ומשנה היבטים רבים של העברה סינפטית23,24 (ראה בבעלי חיים בעלי דם קר25). ברור ששמירה על טמפרטורת הליבה של הגוף של חיית ניסוי היא קריטית בעת חקר פעילות עצבית, תוך הדגשת החשיבות של צורה כלשהי של מכשיר חימום, במיוחד עבור בעלי חיים מורדמים.

ישנן מספר רפידות חימום זמינות מסחרית לבעלי חיים קטנים, שרבות מהן כוללות בקרים עם משוב בדיקת טמפרטורה כדי לשמור על החיה בטמפרטורת ליבה קבועה 26,27,28,29,30,31,32. מכשירים מסחריים אלה אמינים ויציבים, אך לעתים קרובות מגושמים ויקרים. תוארו יחידות חימום ביתיות אחרות, מיוחדות יותר למכרסמים, אך יש להן תחולה מוגבלת לשימוש כללי 33,34,35,36,37. יתר על כן, למכשירי חימום ביתיים נפוצים יש ספקי כוח שיש לחבר לשקע 120 וולט או 240 וולט. גורמים אלה יכולים להיות מגבילים. הדרישה להספק של 120/240 וולט יכולה להיות מטרידה במיוחד אם בעל חיים מוכן בניתוח לניסויים במיקום שונה מהמקום שבו מתבצעת ההקלטה בפועל. הובלת התכשיר, אפילו למרחק קצר, דורשת הזזת בקר/ספק כוח וכבל חשמל. יתר על כן, ספקי כוח/בקרים לרפידות חימום יכולים להכניס רעש בהקלטות אלקטרופיזיולוגיות.

במחקרים המשתמשים בהדמיה תפקודית in vivo של פעילות נוירונים חושיים בעכברים, התגברו על החמרות אלו על ידי תכנון כרית חימום הומותרמית זולה במיוחד, קלה לבנייה וניידת להפליא. כרית חימום זו מופעלת על ידי סוללת ליתיום פולימר קטנה (LiPo), כגון אלה המשמשות להפעלת מזל"טים. מכשיר זה דורש מיומנויות מינימליות לבנייה. כל החלקים הם פריטי מדף, זמינים בהזמנה מקוונת. הכלים היחידים הדרושים הם מברג קטן, מלחם וחותך חוטים/חשפנית. העלות הכוללת נמוכה בהרבה מ-100 דולר, והבנייה כולה אורכת פחות מ-30 דקות. הגודל הקטן והסידור הגמיש של מרכיביו הופכים את כרית החימום ההומותרמית להתאמה בקלות למסגרת סטריאוטקסית מותאמת אישית, פלטפורמות הקלטה, כלובי תצפית, או, כמו בדוח זה, לשלב של מיקרוסקופ קונפוקלי זקוף.

למרות שכרית החימום ההומותרמית הזו שימשה באופן נרחב להדמיית סידן in vivo של פעילות עצבית בגרעינים חושיים גולגולתיים חשופים בניתוח38,39, כל מחקר המשתמש במכרסמים קטנים מורדמים או מורדמים יועיל ממכשיר זה. הניסיון הוכיח שכאשר היא מופעלת על ידי סוללות LiPo טעונות במלואן, כרית החימום שומרת על טמפרטורת הגוף הליבה של עכבר מורדם יציבה במשך יותר מ-6 שעות.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל הפריטים הדרושים לבניית כרית החימום זמינים מסחרית. השימוש בעכברים וכל ההליכים בבעלי חיים שתוארו כדי לאמת פרוטוקול זה אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת מיאמי (IACUC), IPROTO202200000139. בעלי החיים ששימשו לבדיקה ואימות של מכשיר זה היו עכברי C57BL/6, 18-30 גרם משני המינים. עכברים במיוחד להדמיית סידן היו עכברים טרנסגניים המבטאים GCaMP6s בנוירונים חושיים. הריאגנטים והציוד המשמש מפורטים בטבלת החומרים.

1. כלים להרכבה

הכלים שנדרשו כללו מברג קטן ומחורר (למשל, ראש 2 מ"מ), מלחם וחותך/חשפנית תיל.

2. הרכבת כרית החימום

הפריטים הדרושים לבנייה הונחו (איור 1). אלה כללו (A) כרית חימום סיליקון 12V 15W 50 מ"מ x 100 מ"מ (50 מ"מ x 100 מ"מ היה גודל נוח לעכברים, בעוד שכריות חימום גומי סיליקון גדולות יותר מתאימות יותר לחולדות); (ב) תרמיסטור חרוזים; (ג) JST-XH 2 פינים תקע איזון מחבר זכר שקע עופרת; (D) מחבר תקע JST זכר 2 פינים עם 20 מובילי AWG; (E) סוללת LiPo 7.4V 1200 mAh; (F) מעגל בקר טמפרטורה; ו-(G) אורך קצר של חוט חיבור 20 AWG.

figure-protocol-1
איור 1: פריסת חלקים עבור בניית כריות חימום ביתיות-תרמיות. אלה כללו (A) כרית חימום סיליקון 12V 15W 50 מ"מ x 100 מ"מ (50 מ"מ x 100 מ"מ היה גודל נוח לעכברים, בעוד שכריות חימום גומי סיליקון גדולות יותר מתאימות יותר לחולדות); (ב) תרמיסטור חרוזים; (ג) JST-XH 2 פינים תקע איזון מחבר זכר שקע עופרת; (D) מחבר תקע JST זכר 2 פינים עם 20 מובילי AWG; (E) סוללת LiPo 7.4V 1200 mAh; (F) מעגל בקר טמפרטורה; ו-(G) אורך קצר של חוט חיבור 20 AWG. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

שני המוליכים מכרית החימום מסיליקון הוכנסו למסופים #2 ו-#4 של מעגל בקרת הטמפרטורה, וברגי המסוף הודקו כפי שמוצג באיור 2. המוליכים היו משומרים לפני חיבורם למסוף לוח הבקרה.

figure-protocol-2
איור 2: כרית החימום מסיליקון מחוברת למעגל בקרת הטמפרטורה. בדיקת התרמיסטור שמגיעה עם מעגל בקרת הטמפרטורה מוצגת כאן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

המוליכים מתקע ה-JST הזכר בעל 2 פינים חוברו לאחר מכן למעגל בקרת הטמפרטורה כפי שמוצג באיור 3. המוליך האדום (החיובי) היה מחובר לטרמינל #1 והמוליך השחור (השלילי) לטרמינל #2. מגשר חוט חיבור קצר של 20 Ga נוסף בין הדקים #1 ו- #3 (איור 3). חתיכה קצרה של חוט חיבור חולצה ממובילי כרית החימום. כאמור לעיל, המוליכים היו משומרים לפני שהוצמדו למסוף לוח הבקרה.

figure-protocol-3
איור 3: מוליכים מתקע JST מחוברים למסופים 1 ו-2 של מעגל בקרת הטמפרטורה. יש לחבר את הכבל האדום (חיובי) לטרמינל 1 ואת הכבל השחור (שלילי) למסוף 2. מסופים 1 ו -3 מחוברים בחוט חיבור קצר. לשם הבהרה, חיבורי כריות חימום מסיליקון (איור 2) אינם מוצגים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

3. הגדרת תרמיסטור ובדיקה

המוליכים מתקע JST-XH הולחמו לתרמיסטור החרוזים.  חשוב לציין, מובילי התרמיסטור ומפרקי ההלחמה היו מבודדים בקפידה עם צינורות כיווץ כדי למנוע קצר חשמלי של התרמיסטור. בדיקת התרמיסטור שנשלחה עם בקר הטמפרטורה נותקה, הוסרה והוחלפה בבדיקת תרמיסטור החרוזים, כפי שמוצג באיור 4. תרמיסטור החרוזים שימש כבדיקה תרמית רקטלית לניטור טמפרטורת הליבה של העכבר או החולדה.

figure-protocol-4
איור 4: הכנת הגשושית התרמית הרקטלית. (A) תקע JST-HX מולחם לתרמיסטור החרוזים. (ב) בדיקת התרמיסטור שמגיעה עם בקר הטמפרטורה מוסרת. (ג) כבל תרמיסטור החרוזים מחובר לבקר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

4. אינטגרציה והרכבה סופית

הבנייה הושלמה ( איור 5). המכשיר היה מוכן לשימוש וניתן היה להרכיב אותו על פלטפורמה מתאימה לניסויים. סוללת ה-LiPo הייתה מחוברת לתקע JST כדי לספק חשמל לבקר. דוגמה ליחידה המבצעית במלואה מוצגת באיור 5. במקרים מסוימים, מעגל בקר הטמפרטורה הותקן על מרווחים גבוהים (למשל, ברגי ניילון 1 אינץ' #6) המחוברים בארבע פינותיו. באופן זה, סוללת 7.4 V LiPo משתלבת בצורה מסודרת ונוחה מתחת למעגל בקר הטמפרטורה.

figure-protocol-5
איור 5: התקן רפידת חימום הומותרמית שלם, הפועל בחדר עם טמפרטורת סביבה של 22 °C. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

5. תפעול ושימוש במכשיר

כדי להפעיל את כרית החימום ההומותרמית, הונחה כמות קטנה של ג'לי נפט על תרמיסטור החרוזים, אשר הוכנס בעדינות לתוך פי הטבעת של עכבר מורדם או מורדם. לצורך דו"ח זה, 18-30 גרם עכברים הורדמו עם קטמין/קסילזין (80 מ"ג/ק"ג קטמין ו-10 מ"ג/ק"ג קסילזין) עם מנות דחף עוקבות של קטמין כדי לשמור על מישור כירורגי של הרדמה. מובילי התרמיסטור הודבקו לזנב החיה כדי למנוע את עקירת הגשושית. החיה הונחה על כרית החימום מסיליקון. המכשיר הופעל על ידי חיבור סוללת 7.4 וולט LiPo. כפתור ההגדרה בבקר התרמוסטט נלחץ. "H" (חימום) הופיע ליד הטמפרטורה שנקבעה. כפתור ההגדרה נלחץ פעם נוספת כדי להפעיל את הגדרת הטמפרטורה. כפתור למעלה או למטה נלחץ כדי לשנות את הטמפרטורה שנקבעה למפרט הרצוי. לדוגמה, נעשה שימוש בטמפרטורה מוגדרת של 37 מעלות. כפתור הסט הוחזק במשך 3 שניות (או שלא נלחץ על כפתור במשך 6 שניות), ואז המכשיר הפך לפעיל במלואו. הוראות לקביעת הטמפרטורה נכללו גם בגיליון המפרט המצורף למעגל בקר הטמפרטורה.

כאשר טמפרטורת הליבה של החיה הייתה נמוכה מהטמפרטורה שנקבעה (למשל, 37°), הממסר המפעיל את כרית החימום מסיליקון נסגר. זרם הועבר לכרית חימום הסיליקון, האור האדום נדלק, וכרית הסיליקון החלה להתחמם עד שהגשושית הרקטלית חרגה מהטמפרטורה שנקבעה בכמות מוגדרת ("היסטריה"; הגדרת היצרן הייתה 0.5 מעלות). כאשר הגשושית הרקטלית חרגה מהטמפרטורה שנקבעה בתוספת היסטרזיס (בדוגמה זו, 37.5 מעלות), הממסר נפתח, האור האדום כבה, החשמל נותק מכרית החימום מסיליקון, וכרית החימום והחיה החלו להתקרר (בהנחה שטמפרטורת החדר < 37.5 מעלות). כאשר הגשושית הרקטלית ירדה לטמפרטורה שנקבעה מינוס היסטרזיס (למשל, 36.5°), הממסר נסגר, והחשמל הועבר שוב לכרית החימום מסיליקון כדי לחמם את החיה. ניתן להגדיר היסטרזיס על ידי לחיצה על כפתור הגדר שלוש פעמים ושימוש בלחצני למעלה או למטה . הוראות מפורטות יותר להפעלת בקר הטמפרטורה סופקו עם המכשיר, כולל בקרת ממשק טורית, אם מעניינים את המשתמשים.

6. נהלי מעקב

בסיום הניסויים המתוארים בדו"ח זה, עכברים הומתו באופן הומני עם מנת יתר של קטמין, CO2 ופריקת צוואר הרחם. באופן ספציפי, לבעלי חיים הוזרקו מינון כפול של קטמין, ואחריו CO2 מגליל בלחץ שהועבר ב-10 SCFH (רגל מעוקב סטנדרטית לשעה), ולבסוף, נקע צוואר הרחם.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שתי שיטות הוערכו ותוקפו את כרית החימום ההומותרמית.

ראשית, בבדיקה אנליטית קריטית של המכשיר, עכבר זכר קטן (18.5 גרם) נשמר בהרדמה עמוקה במשך 6 שעות על כרית החימום בסביבה קרירה יחסית. באופן ספציפי, העכבר הוזרק עם תערובת של קטמין/קסילזין (80 מ"ג/ק"ג קטמין ו-10 מ"ג/ק"ג קסילזין) והוחזק על כרית החימום בשטח פתוח, ללא כיסוי, בחדר ממוזג (טמפרטורת סביבה, 20.3 מעלות). זריקות דחף של קטמין ניתנו לפי הצורך כדי לשמור על העכבר במישור כירורגי של הרדמה. העכבר שמר על קצב נשימה תקין במשך כל 6 השעות, שנע בין נמוך משוער של 110 לדקה לגבוה של 215 לדקה, בהתאם לזמן שחלף לאחר הזרקת הבוסטר של קטמין (בהתאם להשפעתו הידועה של קטמין על הנשימה). טמפרטורת הליבה של החיה נוטרה באמצעות בדיקת תרמיסטור החרוזים של המכשיר, ובאופן עצמאי, באמצעות בדיקה רקטלית מסחרית RET-4 (Physitemp) שהוכנסה במקביל לבדיקת תרמיסטור החרוזים. יתר על כן, נשמר תיעוד של טמפרטורת פני השטח של כרית החימום מגומי סיליקון ישירות מתחת לעכבר המורדם. הבקר כוון ל-35°. הנתונים מצביעים על כך שטמפרטורת הליבה של העכבר השתנתה פחות מ-1.3 מעלות במהלך 6 שעות, למרות ההפרש של 15 מעלות בין טמפרטורת החדר הסביבתית (20°) לעומת טמפרטורת הליבה שנקבעה (35°) (איור 6). חשוב לציין, טמפרטורת הליבה של העכבר נותרה על 35±0.6 מעלות ללא כל מכשיר חימום משלים (מנורת חום, שמיכה וכו'). סוללת ה- LiPo הוחלפה פעם אחת במהלך תקופה של 6 שעות.

figure-results-1
איור 6: אימות של כרית חימום הומותרמית. עכבר מורדם הוחזק על פלטפורמה בחדר פתוח (טמפרטורת סביבה, 20 מעלות צלזיוס) ללא כל מקור חום אחר במשך 6 שעות. המכשיר הוגדר לשמור על טמפרטורת הליבה של העכבר על 35 מעלות צלזיוס. (B) טמפרטורות שנרשמו על ידי בדיקת תרמיסטור חרוזי פי הטבעת של המכשיר (מיוצגות על ידי נקודות אדומות); על ידי בדיקה רקטלית עצמאית RET-4 (Physitemp) (המיוצגת על ידי נקודות סגולות); ועל ידי בדיקת טמפרטורה נפרדת המונחת על כרית החימום מסיליקון מתחת לעכבר (מיוצגת על ידי נקודות עיגולים שחורות). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

שנית, כרית החימום המופעלת על ידי סוללה משמשת באופן נרחב להדמיית סידן קונפוקלית בסריקת in vivo של פעילות גנגליון חושי בעכברים טרנסגניים המבטאים GCaMP6s בנוירונים חושיים38,39. הניסויים נמשכים בדרך כלל 6 שעות או יותר, כאשר העכבר נשאר במישור הרדמה כירורגי למשך כל הזמן. הניסיון הוכיח ששמירה על טמפרטורת הליבה של העכבר על 31.5 מעלות צלזיוס במהלך ההכנה וההדמיה הכירורגית היא אופטימלית. ההכנה הכירורגית מורכבת מחשיפה חד צדדית של הגרעינים הטריגמינליים ו/או הגניקולטים בעכברים מורדמים עמוק. ניתוח זה מבוצע בחדר נפרד מהמקום בו מתבצעת ההדמיה, ודורש הובלה של העכבר המורדם המקובע על מכשיר סטריאוטקסי שנבנה בהתאמה אישית עם כרית החימום מחוברת למרחק של כ-40 מ'. טמפרטורות החדר משתנות בין 20-24 מעלות צלזיוס. טמפרטורת הליבה של העכבר, כפי שנמדדה על ידי בדיקת הטמפרטורה הרקטלית של המכשיר (תרמיסטור חרוזים), נותרה קבועה באופן עקבי והחיה נשמרה במצב פיזיולוגי יציב לאורך כל 6+ השעות ללא כל חימום עזר. הפעילות העצבית נותרה חזקה (איור 7), מה שמאמת את האמינות של כרית החימום המופעלת על ידי סוללה כדי לשמור על החיה.

figure-results-2
איור 7: כרית חימום בשימוש במהלך הדמיה in vivo של פעילות עצבית. כרית החימום שומרת על טמפרטורת הליבה של עכבר מורדם יציבה ותומכת בהקלטות חזקות ואמינות של פעילות עצבית למשך מספר שעות. (A) תצוגה שמראה את העכבר מונח על משטח החימום, ראשו מיוצב עם מחזיק מותאם אישית תחת המטרה למרחקים ארוכים פי 20 של מיקרוסקופ קונפוקלי. כפי שמוצג כאן, טמפרטורת ליבת העכבר נשמרת על 31.5 מעלות צלזיוס להדמיה. לייזר סורק (488 ננומטר) מאיר את הגנגליון הגניקולטי שנחשף בניתוח ומדמה פעילות מעוררת טעם בנוירונים חושיים טעמיים המבטאים את המדווח הרגיש לסידן, GCaMP6s. הסעפת הלבנה הגדולה (מימין למטה) מנחה את גירויי הטעם לחלל הפה. (B) דוגמאות מייצגות מ-5 נוירונים של גנגליון גנקולטי שמראים תגובות מעוררות טעם (שינוי בפלואורסצנטיות GCaMP6s, ΔF/F) בעקבות הצגה של 5 שניות של תמיסת סוכרוז של 300 מ"מ לתוך חלל הפה. תגובות אלה צולמו בתחילת הניסוי. סימנים על הקו האדום מצביעים על מתן גירוי. (C) דוגמאות לתגובות מ-5 תאי עצב שונים של גנגליון שתועדו 6 שעות מאוחר יותר. העכבר הוחזק על כרית החימום במישור כירורגי של הרדמה במשך כל הזמן. המשרעות, משכי הזמן וההשהיה של התגובות מעוררות הטעם דומים להפליא לאלה שתועדו כמה שעות קודם לכן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

בדיקות אלו מאמתות את הבקר ההומותרמי ומבססות היטב את יכולתו של מכשיר כרית החימום לשמור על מכרסם מורדם בטמפרטורת ליבה קבועה לפרקי זמן ארוכים.

זמינות נתונים:

טבלאות נתונים מלאות עבור איור 6 ואיור 7 כלולות בקובץ משלים 1.

קובץ משלים 1: טבלאות נתונים עבור איור 6 ואיור 7. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דו"ח זה תיאר כרית חימום ביתית קטנה, ניידת, המופעלת על ידי סוללה לשמירה על נורמותרמיה בעכברים וחולדות מורדמים. מכשיר זה שמר על טמפרטורת הליבה של הגוף של עכברים מורדמים עמוק יציבה במשך מספר שעות ללא כל מקור חימום משלים, למרות הפרש גדול בין טמפרטורת החדר לטמפרטורת הליבה של הגוף. הודגם התועלת של כרית חימום זו להדמיה קונפוקלית in vivo של פעילות גנגליון גולגולת בעכברים.

כל הרכיבים למכשיר זמינים באינטרנט. העלות הכוללת עבור כל הרכיבים היא פחות מ-$100. כלים נפוצים משמשים לבניית היחידה. אין צורך במיומנויות מיוחדות, מלבד הלחמה בסיסית, לבניית המכשיר. כרית החימום מופעלת על ידי סוללת LiPo בעלת קיבולת גבוהה, המשמשת בדרך כלל למזל"טים. לבסוף, ניתן להרכיב את המכשיר כולו תוך פחות מ -30 דקות כאשר החלקים מונחים כמתואר. כרית חימום הומותרמית קטנה זו המופעלת על ידי סוללה שימושית במיוחד עבור מצבים ניסיוניים שבהם בעלי חיים מורדמים מוכנים באתר אחד (כגון חדר ניתוחים) ומועברים לאתר אחר (כגון מתקן הדמיה) להליכים ניסיוניים. מכיוון שהמכשיר מופעל באמצעות סוללה, אין כבלי חשמל לניתוק ואין יחידת תרמו-בקר נפרדת להזזה. יתר על כן, בהיותו מופעל על ידי סוללה, הוא אינו מייצר רעש חשמלי להקלטות אלקטרופיזיולוגיות, בעיה מציקה במכשירים מסחריים המופעלים על ידי 120/240 וולט. לבסוף, ניתן להתאים את כרית החימום בקלות למסגרות סטריאוטקסיות בהתאמה אישית, קופסאות אחיזה, כלובי בעלי חיים או מצבים אחרים.

המגבלה העיקרית של כרית החימום התרמית היא שטעינת סוללת ה- LiPo עשויה שלא להימשך כל תקופת הניסוי. בדרך כלל, סוללה טעונה במלואה של 1200 מיליאמפר / שעה מפעילה את היחידה למשך 4-6 שעות, תלוי בהפרש הטמפרטורה בין החיה לחדר. פתרון פשוט הוא להחזיק סוללת גיבוי מוכנה, ו/או להשתמש בסוללת LiPo בקיבולת גדולה יותר של 2200 מיליאמפר / שעה.

למרות קלות הבנייה והנוחות שלו, ישנן מלכודות סביב מכשיר זה. סוללות LiPo כמו אלה המשמשות להפעלת כרית החימום עלולות להיות מסוכנות40,41. למרות שהם משמשים בדרך כלל להפעלת מזל"טים וצעצועים, לסוללות LiPo יש סיכונים מסוימים. יש לציין כי טעינת יתר של סוללות LiPo מהווה סכנת שריפה רצינית42. המשתמשים מוזהרים לא להשאיר את סוללת ה-LiPo נטענת למשך הלילה או יותר. דאגה נוספת היא האפשרות של קצר חשמלי בטעות של הסוללה במהלך הבנייה על ידי חיבור לא מכוון של הדקים 1 ו-2 עם חוט החיבור הקצר (איור 3). כמו כן, זה קריטי לשמור על הקוטביות הנכונה על מוליכי מחברי הסוללה כך שהחוט האדום (החיובי) מחובר לטרמינל 1 והחוט השחור (השלילי) מחובר למסוף 2 (איור 3) של מעגל בקרת הטמפרטורה. היפוך הקוטביות עלול להרוס את המעגל החשמלי. לבסוף, המשתמשים מתבקשים לפח את מובילי החוטים לפני הכנסתם למעגל בקרת הטמפרטורה. זה יעזור למנוע מהחוטים להישלף בטעות במהלך השימוש.

לסיכום, כרית החימום ההומותרמית המופעלת על ידי סוללה המתוארת כאן תועיל מאוד למחקרים המשתמשים בעכברים או חולדות מורדמים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי מענק המכונים הלאומיים לבריאות במספרים DC018733 ו-DC017303

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
בקר תרמוסטט אלקטרונידרוקhttps://www.droking.com/Digital-Temperature-Controller-DC6.0-30V-Adjustable-Temperature-with-Heating-and-Cooling-Mode-Tester?search=Temperature%20Controller& description=true9.50 דולר כל אחד
מחבר תקע JST 2 פין זכר עם 20 חוטי AWGeBoothttps://www.amazon.com/dp/B01M5AHF0Z?ref_=ppx_hzsearch_conn_dt_b_fed_asin_title_1$7.19,  10 PR
JST-XH 2.54 מ"מ 1S 2 פינים לאיזון תקע, שקע עופרת, מחבר זכר ו-nbsp;אלצ'וקhttps://www.amazon.com/dp/B07YKHV46N?psc=1& ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details$7.99,  5 PR
סוללת LiPo, 7.4V 1200mAh;אורגנקסhttps://urgenexrc.com/products/7-4v-1200mah-rc-car-battery-rechargeable-lipo-battery-with-jst-plug-1200mah-30c?srsltid=AfmBOoowx-Bx8OfWtBPB78OfJoyADUDFV9hm7fh9msRGAvQKkKuJWGOj 26.99 דולר כל אחד
NTC BEAD תרמיסטור 10KOhm 3380K NXFT15XH103FA2B025מוראטהhttps://www.mouser.com/ProductDetail/Murata-Electronics/NXFT15XH103FA2B025?qs=MY6wChARw2wvHNDuqPRh8A%3D%3D& utm_id=22515856461& utm_source=גוגל & utm_medium=CPC& utm_marketing_tactic=אמרקורפ& gad_source=1& gad_campaignid=22525919680& gbraid=0AAAAADn_wf0gqCND-9aGWrXUwlVMWV3Hk& gclid=Cj0KCQjwjdTCBhCLARIsAEu8bpJw9wURxCTvI_-xRP9WEQMbL9_vz9zB83t2Oan7POSJAM64i_GaFE4aAkRtEALw_wcB0.60 דולר לכל אחת
כרית חימום סיליקון, 12V 15W 50 מ"מ x 100 מ"מ;דרנורדhttps://www.amazon.com/DERNORD-Silicone-Heating-Rubber-Flexible/dp/B0BDYBTNCD?ref_=ast_sto_dp& th=1$15.99,  4 לק"ג

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ye, Z., et al. Ultra-high density electrodes improve detection, yield, and cell type identification in neuronal recordings. bioRxiv. , (2024).
  2. Jun, J. J., et al. Fully integrated silicon probes for high-density recording of neural activity. Nature. 551 (7679), 232-236 (2017).
  3. Grienberger, C., Giovannucci, A., Zeiger, W., Portera-Cailliau, C. Two-photon calcium imaging of neuronal activity. Nat Re. Methods Primers. 2 (1), 1-67 (2022).
  4. Yamada, S., Wang, Y., Monai, H. Transcranial cortex-wide Ca2+ imaging for the functional mapping of cortical dynamics. Front Neurosci. 17, 1-10 (2023).
  5. Lin, M. T., Chen, C. F., Pang, I. H. Effect of Ketamine on thermoregulation in rats. Can J Physiol Pharmacol. 56 (6), 963-967 (1978).
  6. Fahim, I., Ismail, M., Osman, O. H. Role of 5-hydroxytryptamine in ketamine-induced hypothermia in the rat. Br J Pharmacol. 48 (4), 570-576 (1973).
  7. Murphy, T. J., Murnane, K. S. The serotonin 2c receptor agonist WAY-163909 attenuates ketamine-induced hypothermia in mice. Eur J Pharmacol. 842, 255-261 (2019).
  8. Wu, J., et al. Central neural circuits orchestrating thermogenesis, sleep-wakefulness states and general anesthesia states. Curr Neuropharmacol. 20 (1), 223-253 (2022).
  9. Simegn, G. D., Bayable, S. D., Fetene, M. B. Prevention and management of perioperative hypothermia in adult elective surgical patients: a systematic review. Ann Med Surg (Lond.). 72, 1-7 (2021).
  10. Lenhardt, R. Body temperature regulation and anesthesia. Handb Clin Neurol. 157, 635-644 (2018).
  11. Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, part I: Anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 53 (1), E55-E69 (2012).
  12. Lu, J., Wang, W., Liu, H., Liu, H., Wu, H. Cisplatin induces calcium ion accumulation and hearing loss by causing functional alterations in calcium channels and exocytosis. Am J Transl Res. 11 (11), 6877-6889 (2019).
  13. De Diego-Garcia, L., Sebastian-Serrano, A., Bianchi, C., Di Lauro, C., Diaz-Hernandez, M. ATP measurement in cerebrospinal fluid using a microplate reader. Methods Mol Biol. 2041, 233-241 (2020).
  14. Lavon, H., et al. Dexmedetomidine promotes metastasis in rodent models of breast, lung, and colon cancers. Br J Anaesth. 120 (1), 188-196 (2018).
  15. Zhang, E. Q., Knight, C. G., Pang, D. S. Heating pad performance and efficacy of 2 durations of warming after isoflurane anesthesia of Sprague-Dawley rats (Rattus norvegicus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 56 (6), 786-791 (2017).
  16. Poorman, M. E., et al. Open-source, small-animal magnetic resonance-guided focused ultrasound system. J. Ther Ultrasound. 4 (1), 22-28 (2016).
  17. Roehl, A. B., et al. Accidental renal injury by an external heating device during surgery in rats. Lab Anim. 45 (1), 45-49 (2011).
  18. Taylor, D. K. Study of two devices used to maintain normothermia in rats and mice during general anesthesia. J Am Assoc Lab Anim Sci. 46 (5), 37-41 (2007).
  19. Chi, O. Z., Liu, X., Weiss, H. R. Effects of mild hypothermia on blood-brain barrier disruption during isoflurane or pentobarbital anesthesia. Anesthesiology. 95 (4), 933-938 (2001).
  20. Kiyatkin, E. A., Sharma, H. S. Permeability of the blood-brain barrier depends on brain temperature. Neuroscience. 161 (3), 926-939 (2009).
  21. Dibaj, P., Schomburg, E. D. In vivo recording of nerve conduction velocity of spinal CNS fibers in the mouse. Physiol Res. 66 (3), 545-548 (2017).
  22. Stecker, M. M., Baylor, K. Peripheral nerve at extreme low temperatures 1: effects of temperature on the action potential. Cryobiology. 59 (1), 1-11 (2009).
  23. Kochs, E. Electrophysiological monitoring and mild hypothermia. J Neurosurg Anesthesiol. 7 (3), 222-228 (1995).
  24. Urits, I., et al. A comprehensive update of current anesthesia perspectives on therapeutic hypothermia. Adv Ther. 36 (9), 2223-2232 (2019).
  25. Montgomery, J. C., Macdonald, J. A. Effects of temperature on nervous system: implications for behavioral performance. Am J Physiol. 259 (2 Pt 2), R191-R196 (1990).
  26. Homeothermic monitoring system - temperature controller thermostar. , Conductscience. Available at: https://conductscience.com/lab/homeothermic-monitoring-system-temperature-controller-thermostar/ (2025).
  27. Small animal heating pads & warming systems. , Kentscientific. Available at: https://www.kentscientific.com/products/warming/ (2025).
  28. Heating devices. , E-Zsystems. Available at: https://www.ezsystemsinc.com/product-category/heating-devices/ (2005).
  29. Rodent warmer x1. , Braintreescientific. Available at: https://www.braintreesci.com/temperature-measurement-control/rodent-warmer/rodent-warmer-x1/ (2025).
  30. Thermostar homeothermic monitoring system. , Bioseblab. Available at: https://www.bioseblab.com/en/bioseblab-equipment/883-1931-thermostar-homeothermic-monitoring-system.html#/664-size-s_7cm_x_10cm (2025).
  31. Stoelting warming systems. , Stoelting. Available from: https://stoeltingco.com/Neuroscience/Stoelting-Warming-Systems~10631 (2025).
  32. Animal temperature heating pad w/pid controller. , Medilumine. Available at: https://medilumine.com/product/animal-temperature-heating-pad-w-pid-controller (2025).
  33. Gilchrist, S., et al. An MRI-compatible high frequency AC resistive heating system for homeothermic maintenance in small animals. PLoS One. 11 (11), e0164920(2016).
  34. Beale, C. N., et al. Use of air-activated thermal devices during recovery after surgery in mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 57 (4), 392-400 (2018).
  35. Zarndt, B. S., et al. Use of a far-infrared active warming device in guinea pigs (Cavia porcellus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 54 (6), 779-782 (2015).
  36. Chan, C. E., Hare, M. T., Martin, G. W., Gordon, C. J., Swoap, S. J. The heat is on: A device that reduces cold stress-induced tachycardia in laboratory mice. J Therm Biol. 79, 149-154 (2019).
  37. Kersemans, V., et al. A carbon-fiber sheet resistor for MR-, CT-, SPECT-, and PET-compatible temperature maintenance in small animals. Tomography. 5 (2), 274-281 (2019).
  38. Leijon, S., et al. Oral thermosensing by murine trigeminal neurons: Modulation by capsaicin, menthol and mustard oil. J Physiol. 597 (7), 2045-2061 (2019).
  39. Asencor, A. I., Dvoryanchikov, G., Makhoul, V., Tsoulfas, P., Chaudhari, N. Selectively imaging cranial sensory ganglion neurons using AAV-PHP.S. eNeuro. 9 (3), 1-14 (2022).
  40. Safety and robustness. , Anonymous. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer_battery#Safety (2025).
  41. Mikolajczak, C., Kahn, M., White, K., Long, R. T. Lithium-ion batteries hazard and use assessment. , Springer Science & Business Media. (2012).
  42. Ouyang, D., Liu, J., Chen, M., Wang, J. Investigation into the fire hazards of lithium-ion batteries under overcharging. Appl Sci. 7 (12), 1314(2017).

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

In Vivo

מאמרים קשורים