Cannula Implantation into the Cisterna Magna of Rodents

Anna L.R. Xavier; Natalie Linea Hauglund; Stephanie von Holstein-Rathlou; Qianliang Li; Simon Sanggaard; Nanhong Lou; Iben Lundgaard; Maiken Nedergaard

doi:10.3791/57378

השרשה בצינורית לתוך המלון Cisterna של מכרסמים

JoVE Journal
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Neuroscience

Cannula Implantation into the Cisterna Magna of Rodents

השרשה בצינורית לתוך המלון Cisterna של מכרסמים

Full Text

48,544 Views

10:13 min

May 23, 2018

DOI: 10.3791/57378-v

Anna L.R. Xavier¹, Natalie Linea Hauglund¹, Stephanie von Holstein-Rathlou¹, Qianliang Li¹, Simon Sanggaard^1,2, Nanhong Lou³, Iben Lundgaard^3,4, Maiken Nedergaard^1,3

¹Center for Translational Neuromedicine, Division of Glial Therapeutics,University of Copenhagen, ²Department of Anesthesiology,Yale School of Medicine, ³Center for Translational Neuromedicine, Division of Glial Therapeutics,University of Rochester Medical Center, ⁴Department of Experimental Medical Science, Wallenberg Center for Molecular Medicine,Lund University

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

Overview

This article presents a protocol for cisterna magna cannulation (CMc), a minimally invasive technique for delivering molecules into the cerebrospinal fluid (CSF). This method enables the assessment of glymphatic system dynamics and allows brain-wide delivery of compounds without damaging surrounding tissues.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Neuroanatomy
Surgical techniques in animal models

Background

Cisterna magna cannulation provides a direct route to the CSF.
This approach facilitates the exploration of CSF and ISF dynamics in the brain.
It has implications for understanding neurological diseases.
CMc allows for the assessment and clearance of metabolites from the brain.

Purpose of Study

To enable the direct delivery of molecular substrates to the CSF.
To investigate CSF-ISF flux dynamics.
To improve understanding of neurological diseases and brain dynamics.

Methods Used

The method involves surgical cannulation of the cisterna magna in a mouse model.
Mice are anesthetized, and a precise incision is made to access the cisterna magna.
Following insertion of the cannula, tracers are administered via a syringe pump.
Detailed anatomical and surgical steps are provided for the procedure.

Main Results

CMc enables brain-wide distribution of tracers, highlighting the dynamics of CSF flow.
This protocol elucidates the clearance mechanisms for metabolites and proteins from the brain.
It facilitates a deeper understanding of the glymphatic system's role in brain homeostasis.

Conclusions

The study establishes CMc as a valuable technique for neuroscience research.
It enables real-time assessment of glymphatic function and CSF dynamics.
Insights gained from this method can enhance our understanding of neurological disease mechanisms.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of cisterna magna cannulation?

CMc provides a minimally invasive method for direct access to the cerebrospinal fluid, facilitating the study of molecular dynamics in the brain.

How is the cannulation procedure performed in mice?

The procedure involves anesthetizing the mouse, making precise cuts to access the cisterna magna, and carefully inserting the cannula to administer tracers.

What kind of outcomes can be observed using this method?

Researchers can observe the distribution of tracers in the CSF, allowing for insights into glymphatic function and metabolic clearance.

How can this technique be adapted for other research applications?

The CMc technique can be adapted to deliver various compounds, including therapeutic agents and imaging tracers, to study multiple neurological conditions.

What are the limitations of this technique?

Technical challenges in the surgical procedure may arise, and maintaining sterility is crucial to prevent infections during cannulation.

כאן נתאר פרוטוקול לבצע cisterna מגנה תעלות (CMc), דרך פולשנית כדי לספק קליעים נותבים, מצעים, מולקולות איתות לתוך נוזל מוחי שדרתי (CSF). CMc בשילוב עם שיטות הדמיה שונות, מאפשרת המערכת glymphatic CSF dynamics הערכה, וכן משלוח המוח ברוחב של תרכובות שונות.

המטרה הכוללת של הליך כירורגי זה היא לאפשר אספקה ישירה של עוקבים, סובסטרטים ומולקולות איתות לנוזל השדרה. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח במדעי המוח שהוגשו לגבי דינמיקת CSF ו-ISF במוח. שיטה זו מאפשרת העברת מולקולות שונות, עקבות, מצעים מטבוליים פעילים לתוך ה- CSF, נוזל השדרה, תא מבלי לפגוע בגולגולת או בפרנכימה המוחית.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על מחלות נוירולוגיות מכיוון שהיא מאפשרת הערכה של שטפי CSF-ISF במוח וגם פינוי מטבוליטים וחלבונים רעילים מהפרנכימה המוחית. אז שיטה זו מספקת תובנה לגבי הדינמיקה של שטפי CSF-ISF ובנוסף אנו יכולים להשתמש בה כנתיב העברה מהיר וכלל מוחי לאיתות מולקולות ומצעים מולקולריים שלא יכלו לעבור אחרת את מחסום הדם-מוח. להכנת הצינורית, יש לשבור את קצה המתכת המשופע של מחט שיניים בגודל 30 באמצעות מחזיק מחט.

לאחר מכן, הכנס את קצה המתכת המשופע באורך 30 סנטימטר של צינורות PE-10 מלאים ב-aCSF. לאחר מכן, השתמש במזרק מיליליטר אחד המצויד במחט בגודל 30 כדי לשטוף את הצינורית בנוזל מוחי מלאכותי. לאחר מכן הצינורית מוכנה לשימוש בניתוח.

לאחר הרדמת העכבר, מקם את החיה מעל כרית חימום על מכשיר סטריאוטקסי. בדוק אם אין רפלקס דוושה עם צביטה בבוהן, והמתן עד שהנשימה של החיה תהיה איטית ויציבה. לאחר מכן, גלחו את הראש והצוואר.

לאחר מכן, נגב את הפרווה ועקר את העור החשוף. ראשית, שפשפו את העור באלכוהול. לאחר מכן בצע שתי מריחות של 0.5 אחוז כלורוהקסידין או שני אחוז תמיסת יוד.

עבור קנולציות כרוניות, יש לתת גם משככי כאבים באתר הקנולציה. כעת, תקן את העכבר במסגרת הסטריאוטקסית, תוך שימוש בקשת התוך-עצבית או בקשת הזיגומטית. לאחר מכן, הטה מעט את הראש כך שייווצר זווית של 120 מעלות לגוף.

לאחר מכן, יש למרוח משחת עיניים ולמרוח אותה מחדש לפי הצורך במהלך הניתוח. מצא את הפסגה העורפית, שהיא החלק של הגולגולת הבולט מיד מעל שרירי הצוואר. הרם את העור שמעליו בעזרת פינצטה וחתוך פיסת עור בצורת שקד של כסנטימטר אחד לאורך קו האמצע.

לאחר מכן, תוך שימוש בפסגה העורפית כנקודת ייחוס, משוך את רקמת החיבור השטחית כדי לחשוף את שרירי הצוואר שמתחת. השתמש בצמר גפן או בחניתות עיניים כדי לשלוט בכל דימום שנוצר. כדי להמשיך, הפרד את השרירים בקו האמצע על ידי העברת הפינצטה בזהירות באמצע אתר החתך בציר הקדמי לאחורי.

לאחר מכן, עם זוג מלקחיים מעוקלים בכל יד, חבר את הקצוות באמצע ליד תחתית הגולגולת ומשוך את השרירים הצידה כדי לחשוף את בור המים. בור המים נראה כמו משולש הפוך זעיר, המתוחם על ידי המוח הקטן למעלה והמדולה למטה. בעזרת חנית עיניים כירורגית או צמר גפן, נגב את הממברנה הדוראלית המכסה את ה-CM.לאחר מכן, עם פינצטה מעוקלת ביד הדומיננטית, אחוז בצינורית ליד המחט המכוסה בצינור.

לאחר מכן, הנח את האצבע האמצעית של היד השנייה על מוט האוזן כדי ליצור מנוחה יציבה לצינורית. כעת, במרכז ה-CM, נקב את הדורה ב-45 מעלות ביחס לראש העכבר. הכנס את המחט רק למקום שבו השיפוע נמצא מתחת לדורה כדי למנוע חדירה לתוך המוח הקטן או המדולה.

במידת הצורך, נקה כל CSF שדלף בעזרת חנית או ספוגית. לאחר מכן, מרחו כמה טיפות של ציאנואקרילט על הממברנה הדוראלית המקיפה את הצינורית והוסיפו טיפת מאיץ דבק כדי לרפא את הדבק באופן מיידי. לאחר מכן, שלבו מלט שיניים ודבק ציאנואקרילט.

לאחר מכן, כסו את כל מקום החתך ומרחו במהירות טיפת מאיץ דבק לריפוי. להזרקה בעכברים עם קנולציה חריפה של צינורית ציסטרנה מגנה, המשך ישירות להזרקת עוקבי CSF בעזרת משאבת הזרקה. עבור קנולציה כרונית, חתוך את הצינור לשניים או שלושה סנטימטרים ואטום אותו בריתוך כירורגי כדי לשמור על רמות הלחץ הבין גולגולתי.

לאחר מכן, תן קרפרופן. כעת, הכניסו את העכבר לבד והשאירו את הכלוב מעל כרית חימום עד שהעכבר יחזור לשכיבה על עצם החזה. להכנת הצינורית, נתק את קצה המתכת המשופע של מחט שיניים בגודל 30 באמצעות מחזיק מחט.

לאחר מכן, הכנס את קצה המתכת המשופע באורך 30 סנטימטר של צינורות PE-10 מלאים ב-aCSF. בעזרת מחט בגודל 30 יש לשטוף את הצינור. חבר את המחט בגודל 30 למזרק של 100 מיקרוליטר מלא במים מזוקקים ולאחר מכן חבר אותה למשאבת מזרק.

בעזרת המשאבה, משוך מספיק אוויר כדי ליצור בועה של סנטימטר אחד בצינורית. לאחר מכן, טבלו את המחט בתמיסת העוקב CSF ומשכו 12 מיקרוליטר לתוך הצינורית. חותכים את הצינור המחובר לצינורית באורך של עד שלושה עד ארבעה סנטימטרים ומחברים במהירות את הצינור המלא במעקב CSF עם הצינורית המושתלת בעזרת מלקחיים עדינים.

כדי להזריק עוקבי CSF לתוך ה-CM של בעלי חיים מורדמים, השתמש במשאבת מזרק כדי לספק עוקבים במיקרוליטר אחד לדקה למשך חמש עד עשר דקות. לאחר מכן אפשר לעוקבים להסתובב במשך 30 דקות מבלי להזיז את הצינורית. רסנו בעדינות את החיה וחתכו כסנטימטר אחד מהצינור מהצינורית המושתלת.

לאחר מכן, חבר במהירות את שתי הצינוריות, בעזרת מלקחיים עדינים וזוג פינצטה מעוקלת במידת הצורך. כעת, הזריק מיקרוליטר אחד של עוקב לדקה במשך שבע עד שתים עשרה דקות, באמצעות משאבת מזרק. לאחר ההזרקה, הניחו לעוקב להסתובב במשך 30 דקות תוך נקיטת האמצעים הדרושים כדי להבטיח שהצינורית תישאר ללא הפרעה והצינור יישאר מחובר.

ואז המשך בקצירת המוח. מוחות של עכברים הוזרקו עם עוקבי CSF לתוך ה-CM כפי שתואר. מבט גבי מקרוסקופי מראה את התפלגות העוקבים בבורות התת-עכבישיים של אזור המוח הקטן בנורת הריח ובחלל הפרה-וסקולרי לאורך עורקי המוח האמצעיים.

בחלק הגחוני של המוח, תצוגה מקרוסקופית מראה את התפלגות העוקב אחר CSF לאורך מעגל וויליס. קטעים היסטולוגיים של מוחות מוזרקים CM חושפים עוד יותר את ההתפלגות הפרה-וסקולרית של עוקבים בתוך פרנכימת המוח. לעכברים שהוזרקו בהרדמה או בזמן שינה הייתה פיזור הרבה יותר עוקב מאשר לעכברים שהוזרקו כשהם ערים ונעים בחופשיות בכלוב הביתי שלהם.

לאחר צפייה בסרטון זה, עליכם לרכוש ידע טוב כיצד לבצע קנולציה של בור מים שיאפשר לכם להעביר כימיקלים או מולקולות מעניינות לתא נוזל המוח ללא כל נזק ניתוחי לגולגולת או לפרנכימה המוחית. לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו תוך 20 עד 30 דקות אם היא מבוצעת כראוי. בזמן ביצוע הליך זה, חשוב להפעיל את כמות הלחץ הנכונה בעת ניקוב הדורה מאטר כדי למנוע דליפת CSF גדולה שעלולה להפריע ללחץ הבין גולגולתי.

לאחר פיתוחו, קנולציה זו של בור מים זו סללה את הדרך למחקרים בפינוי CSF-ISF במוח באמצעות מה שמכונה מערכת הלימפה שכיום נמצאת בשימוש נרחב במודלים שונים של בעלי חיים של מחלות נוירולוגיות.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos

Explore More Videos

מדעי המוח גיליון 135 נוזל מוחי שדרתי (CSF) נוזל בין-תאי (ISF) חלל תת-עכבישי glymphatic מערכת cisterna מגנה (ס מ) cisterna מגנה תעלות (CMc) מכרסמים תהודה מגנטית הדמיה (MRI) epifluorescence 2-פוטון מיקרוסקופ