נוהל Craniotomy Lateral גדול עבור דימות אופטי Mesoscale רחב בתחום של פעילות המוח
7 במאי 2017
פרוטוקול זה מציג שיטה ליצירת craniotomy חד צדדי גדול מעל האזורים הזמניים הקודקודית של קליפת מוח עכבר המוחין. תכונה זו שימושית במיוחד עבור הדמיה בזמן אמת על פני שטח רחב ידיים של חצי הכדור קליפת המוח.
המטרה הכללית של קרניאוטומיה לטרלית רחבה זו היא לבצע דימות בזמן אמת על פני שטח נרחב של המיספרה הקורטיקלית. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא ששטחים גדולים של הקורטקס חשופים לצפייה וניתן להשתמש בהם בשילוב עם טכנולוגיות כגון אופטוגנטיקה. טכניקה זו יכולה לספק תובנות לאפיון הדינמיקה העצבית בין תאים, כמו גם בין מעגלי מוח שונים, ברזולוציות זמניות ומרחביות שונות.
הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית בשל הסיכון המוגבר לדימום ולנזק קורטיקלי, מכיוון שהקשיחה (dura) מחוברת לעיתים קרובות לפני השטח של המוח ולכלי דם. ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לחקור את המנגנונים הנוירוביולוגיים העומדים בבסיס התפתחות מעגלי המוח והשינויים בהם לאורך החיים בתגובה לחוויות חדשות או פתולוגיות כגון מחלת אלצהיימר או שבץ מוחי. כדי להתחיל בהליך זה, יש לעקר באוטוקלאב את כל הציוד הכירורגי ולהבטיח ששמירת הסטריליות תישמר לאורך כל הניתוח.
יש לוודא כי קיים מספיק בופר מוחי עבור הניתוח. לאחר מכן, העבירו עכבר מורדמ למערך מחזיק הראש והניחו אותו על פלטת חימום ויסות תרמי המכוונת ל-37 °C. קבעו את שיניו העליונות של העכבר במחזיק שיניים.
לאחר מכן, סובב את ראשו שמאלה בכ-30 מעלות כדי לחשוף את הצד הצידי הימני של הראש. לאחר מכן, קבע את ראש העכבר בעזרת הקצה הבלתי חד של מוטות האוזניים. לאחר מכן, מרח משחה תלמית למניעת התייבשות של הקרנית.
כדי להפחית בצקת מוחית, יש להזריק dexamethasone במינון של ארבעה מיליגרם לקילוגרם באופן תוך-שרירי. נקה את העור מעל אזור הניתוח בעזרת מקלוני צמר טבולים ב-4% chlorhexidine שלוש פעמים, ולאחר מכן ב-70% alcohol שלוש פעמים. הזריק lidocaine תת-עורי מעל אתר הקרניאוטומי.
תחת מיקרוסקופ סטריאו, הרימו באמצעות פינצטה את העור במרחק של מילימטר אחד משמאל לקו האמצע, ממש מאחורי האוזן, ובצעו חתך אופקי קטן בעזרת מספריים כירורגיים. בצעו חיתוך לטרלי של חמישה עד שישה מילימטרים לכיוון האוזן הימנית, ולאחר מכן חתכו לכיוון הקצה הרוסטרלי של הראש. בנקודת החתך הראשונית, הכניסו את המספריים וחתכו 10 מילימטרים לכיוון רוסטרלי.
לאחר מכן, גזרו את העור מסביב לאוזן ימין ובקרבת העין הימנית כדי לחשוף את הצד הימני של הגולגולת ואת השריר הרקה (temporal muscle). ודאו כי החלק הרחב ביותר של האזור החשוף הוא לפחות שבעה מילימטרים. לאחר מכן, גזרו את העור באופן נוסף אם יש צורך להרחיב את שטח הניתוח.
בעזרת מקלון צמר גפן, שפשפו את פני הגולגולת בתנועות סיבוביות כדי להסיר את הפריוסטום (perisosteum) מהגולגולת. ודאו שלא נותר פריוסטום ושהגולגולת יבשה לחלוטין, דבר שחיוני להצמדה מוצלחת של לוחית הראש. לאחר מכן, בעזרת מספרי קפיץ ופינצטה, הפרד את שריר הרקה מהגולגולת.
גזרו והסיטו את השריר לצד עד להגעה לעצם הסקוואמוזאלית (squamosal bone). יש להיזהר מאוד לא לפגוע בווריד הרקה השטחי (superficial temporal vein) העובר לאורך העצם הסקוואמוזאלית ליד העין, כדי למנוע דימום. שלטו על הדימומים באמצעות ספוג ג'ל (gel foam) שהושרה מראש בבופר מוחי (brain buffer).
במקרה של דימום חמור, השתמש במכשיר לצריבה תרמית. טפטף דבק בוטיל-ציאנואקרילט על אתרי הדימום. כדי להתחיל בפרוצדורה זו, סמן תחילה את ה-bregma כדי להכווין את אזורי המוח שמתחתיו, מרח דבק אתיל-ציאנואקרילט סביב הקצה התחתון של לוחית הראש והדבק את לוחית הראש מעל אזור הקרניוטומיה.
לאחר מכן, מלאו את החלל הפתוח שבין הגולגולת ללוחית הראש במלט שיניים, והשאירו חשופה רק את אזור הקרניוטומיה. המתינו למלט השיניים להתייבש ולהתקשות. לאחר מכן, סמנו את אזור חלון הגולגולת על ידי שריטה קלה של פני הגולגולת באמצעות המקדחה השנאית.
עקבו בעדינות עם המקדח לאורך חריץ הסימון המקורי כדי להעמיקו, תוך הבטחה שהמקדח לא יחדור דרך הגולגולת אל תוך המוח. במקביל, החליפו בין הקידוח לבין טפיחות על פני השטח של הגולגולת עם נייר סופג מגולגל ולח או רטוב מדי כמה דקות. שלב פתיחה מאתגר זה מחייב את המנתחים לקדוח דרך הגולגולת המזוקנת כדי לשחר own אותה להסרה מבלי לפגוע בקורטקס שמתחתיה.
איטי זה רפוי, חלק זה מהיר. במהלך הקידוח, בדוק מעת לעת אם הגולגולת קורסת על ידי לחיצה עדינה עליה באמצעות פינצטה או בעזרת המקדח כשהוא אינו מסתובב. כאשר העצם מתחילה לקרוס, הפסק את הקידוח ושקע את כל החלון בבופר למח.
המתינו לפחות חמש דקות לפני הסרת הגולגולת כדי לרכך את העצם ולהפחית את הסיכוי שהדורה תידבק אליה, מה שיהפוך את תהליך הסרת הגולגולת לקל יותר. לאחר מכן, בצעו את תהליך הסרת הגולגולת החל מהקצה הקדמי. השתמשו בפינצטה כדי להפריד בעדינות את הגולגולת המשוחררת מהדורה.
ברגע שהעצם השתחררה וצפה על הדורה, אחזו בה בחוזקה בעזרת פינצטה והרימו אותה מהדורה. ודאו שהעצם אינה חודרת אל תוך המוח. השתמשו בפינצטה ובמספרי קפיץ כדי לקרוע ולגזור בעדינות את הדורה.
יש לנקוט משנה זהירות כדי להבטיח שפרנכימת המוח וכלי הדם לא ייפגעו. המשיכו בפעולה עד להסרה מלאה של הקשרה (dura) מאזור חלון הגולגולת. כאשר הפעולה מבוצעת נכון, המוח ייראה נקי מאוד, עם כלי דם ברורים וללא פגמים.
רססו את זכוכית הכיסוי ב-70% ethanol והשתמשו במכל אוויר כדי לייבש בעדינות. ודאו שהזכוכית נקייה לחלוטין, ללא כתמים או אבק. לאחר מכן, הכינו 1.3% agarose על ידי חימום של 200 milligrams של אבקת agarose המומסת ב-15 milliliters של brain buffer.
הניחו מדחום באגרוזה החמה וקררו אותה עד לטמפרטורה שמעט מעל טמפרטורת ההתגבשות, בערך 40 °C. ניתן להאיץ את הקירור על ידי הרצת מים קרים על המבחנה, תוך הקפדה שלא יחדרו מים אל תוך האגר. ערבבו בעדינות בעזרת המדחום תוךما ניטור הטמפרטורה.
מיד לפני מריחת האגר, הוצא את בופר המוח מהבור הגולגולתי. ודא שאין בועות או חלקיקים, שכן אלו יפריעו לדימוג. כעת, שאוב את האגרוז באמצעות ראש פיפטה להעברה וטפטף את האגרוז ישירות על המוח.
לאחר מכן, הניחו במהירות את לביבית הזכוכית מעל פני השטח והצמידו אותה באמצעות טיפות אגרוז בפינות. מוצגת כאן מיקרוגרפ של קרניוֹטומיה חד-צדדית רחבה, כאשר ה-bregma מסומן בעיגול לבן בכל תמונה. תבניות של הפעלה קורטיקלית מוצגות בעכבר שהורדם עם 0.5% isoflurane לאחר גירוי של השפם הצדדי הנגדי, גירוי שמיעתי, גירוי של הגפה הקדמית הצדדית הנגדית, גירוי של הגפה האחורית הצדדית הנגדית וגירוי חזותי של העין הצדדית הנגדית באמצעות דיודה פולטת אור.
נצפתה הפעלה של קו אמצע מכל סוגי הגירויים החושיים 10 עד 25 מילישניות לאחר הפעלת קליפת המוח החושית הראשית. לאחר רכישת המיומנות, ניתן להשלים טכניקה זו בשלוש עד ארבע שעות. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור להספיג את איבוד הדם למינימום ולהבטיח שקליפת המוח לא תיפגע.
באמצעות הליך זה, טכניקות הדמיה אחרות, כגון הדמיה אופטית, יכולות לסייע במתן מענה לשאלות חשובות, כגון השפעתה של פעילות ספונטנית על הדינמיקה העצבית במוח תקין ובמוח חולה. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סייעה לסלול את הדרך עבור חוקרים בתחום הנוירוביולוגיה של מערכות לחקור אינטראקציות ודינמיקה עצבית בין אזורים קורטיקליים מרוחקים בעכברים. סרטון זה מדגים כיצד לבצע קרניוטומיה לטרלית רחבה בעכבר עם מינימום איבוד דם ונזק קורטיקלי, ובכך יאפשר לכם לאסוף את הנתונים הדרושים למתן מענה לשאלות המדעיות הדחופות ביותר שלכם.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מציג שיטה לביצוע קרניוטומיה (פתיחת גולגולת) חד-צדדית רחבה מעל האזורים הטמפורליים והפריאטליים של קליפת המוח בעכבר. טכניקה זו מאפשרת דימות בזמן אמת על פני שטח נרחב של המיספרה קורטיקלית, ובכך מספקת תובנות לגבי דינמיקה עצבית.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- נוירוביולוגיה
- טכניקות דימות
רקע
- שיטה זו חושפת שטחים נרחבים של הקורטקס לצורך תצפית.
- ניתן להשתמש בה בשילוב עם טכנולוגיות כגון אופטוגנטיקה.
- הדגמה חזותית היא קריטית בשל הסיכון לדימום ולנזק קורטיקלי.
- ניתן ליישמה לצורך חקר מנגנונים נוירוביולוגיים במצבים שונים.
מטרת המחקר
- לביצוע דימות בזמן אמת של דינמיקה קורטיקלית.
- לאפיון דינמיקה עצבית בין תאים ומעגלים מוחיים.
- לחקר שינויים במעגלים מוחיים בתגובה לחוויות או פתולוגיות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- ביצוע קרניוטומיה חד-צדדית נרחבת.
- שמירה על סטריליות לאורך כל ההליך הכירורגי.
- טכניקות דימוי בזמן אמת.
- שימוש באופטוגנטיקה לצורך תצפית משופרת.
תוצאות עיקריות
- ניתן לצפות ביעילות באזורים נרחבים של קליפת המוח.
- תובנות לגבי דינמיקה עצבית ואינטראקציות של מעגלי מוח.
- הוכחת היתכנות של השיטה בהקשרים ניסויים שונים.
- יישומים פוטנציאליים במחקר של מחלת אלצהיימר ושבץ מוחי.
מסקנות
- קרניוטומיה לטרלית רחבה היא טכניקה בעלת ערך למחקר במדעי העצבים.
- היא מאפשרת תצפית מקיפה על פעילות קורטיקלית.
- מחקרים נוספים יכולים לבחון את יישומיה במחקר נוירוביולוגי.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
קרניוטומיה לטרלית רחבה מאפשרת דימות אופטי בקנה מידה מזו-סקאלי (mesoscale) על פני שטחים קורטיקליים נרחבים, ובכך תומכת בחקירה עתירת תוכן של דינמיקת מעגלים עצביים in vivo. גישה זו מרחיבה את קנה המידה המרחבי לתצפית סימולטנית על אזורי מוח מרובים, מה שמקל על הפחתת סיכונים מכניסטיים ותיקוף מטרות במחקר נוירוביולוגי. השיטה ממוקמת באופן אסטרטגי לצורך גילוי מוקדם ומחקרים תרגומיים הדורשים גישה ישירה לרשתות קורטיקליות מקושרות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר ויזואליזציה ישירה של פעילות עצבית באזורים קורטיקליים מדיאליים ולטרליים לצורך הבהרת מסלולים.
- תומך בתיקוף תפקודי של מטרות על ידי שילוב של אלקטרופיזיולוגיה, דימוי אופטי וגירוי אופטוגנטי.
- מסייע בהפחתת סיכונים מנגנוניים על ידי מתן אפשרות להערכה בזמן אמת של תגובות ברמת המעגל להפרעות.
- מספק פלטפורמה לבחינת מנגנונים רלוונטיים למחלה במודלים של ניוורו-דגנרציה או פגיעה עצבית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין חלונות קורטיקליים מאוששים בקנה מידה גדול עבור בדיקות דימות כמותיות.
- מאפשר מדידה הדירה של תגובות עצביות וכליות באזורים קורטיקליים מרובים.
- תומך בסטנדרטיזציה של פרוטוקולי דימות עבור סריקת תרכובות או סריקה גנטית בתנאים אקוטיים.
- מאפשר שילוב של קריאות רב-מודאליות לפיתוח בדיקות חסונות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתיישב עם מודלים רלוונטיים למחלות על ידי מתן אפשרות לחקר שינויים ברשת הקורטקס במצבים כגון מחלת אלצהיימר או שבץ מוחי.
- מספק רצף משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות תמיכה בניתוח סממנים ביולוגיים חוצי-אזורים.
- מקל על קבלת החלטות לגבי קידום הפרויקט בהתאם לסיכון, באמצעות תצפית ישירה על תוצאות תפקודיות in vivo.
- מאפשר הפחתת סיכונים חזויה על ידי לכידה של אינטראקציות עצביות דינמיות הרלוונטיות לנקודות קצה טרנסלציונליות.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
הליך קרניאוטומי רחב זה משתלב ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קלני על ידי מתן אפשרות לדימות ומניפולציה ברזולוציה גבוהה ובקנה מידה מזוסקופי של מעגלים קורטיקליים במודלים עכובים של עכברים.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בבדיקת היפותזות ובמיפוי מסלולים על ידי חשיפה של שטחים קורטיקליים רחבים לצורך חקירה תפקודית.
- סריקה: מספקת פלטפורמה ניתנת להרחבה עבור בדיקות מבוססות דימות כמותיות וניתנות לשחזור במגוון אזורי מוח.
- אנליטיקה: מספקת נתוני קריאה עצביים וכליים מאזורים מרובים לצורך ניתוח השוואתי של תנאי ניסוי.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין שלבי הגילוי לשלבים הפרה-קליניים על ידי אפשור ניתוח מעגלים רלוונטיים למחלה ותיאום סממנים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת תהליך עבודה כירורגי ודימויי ניתן לשימוש חוזר עבור יישומים מגוונים של מו"פ במדעי העצבים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקרי מעגלים עצביים.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של גישה לקליפה המוחית והדמיה בקנה מידה רחב לצורך הדירות ויכולת הרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go באמצעות מתן אפשרות להערכה כמותית וישירה של דינמיקה עצבית.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם סיכון של מטרות ומודלים נוירוביולוגיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות כירורגית מתקדמת כדי למזער נזק קורטיקלי וכלי דם.
- דורש מכשור דימות מיוחד ותשתית לרכישת נתונים בזמן אמת.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית של פרוטוקולים כירורגיים ופרוטוקולי דימות בין צוותים שונים.
- ייתכן שההסתגלות תוגבל לניסויים אקוטיים בשל היקף הסרת העצם והחשיפה של הרקמה.
- ניהול קפדני של דימומים ובצקות הוא קריטי לאיכות הנתונים ולרווחת בעלי החיים.
שאלות נפוצות בביופארמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:01
Surgery Preparation
2:28
Removing the Skin and Retracting the Muscle from the Skull
4:35
Craniotomy
6:36
Dura Removal and Cranial Window Preparation
8:15
Results: Unique and Consensus Activation Patterns during Multiple Forms of Sensory Stimulation
9:04
Conclusion
