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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
La chirurgia stereotassica per colpire i siti cerebrali nei topi comporta comunemente l'accesso attraverso le ossa del cranio ed è guidata da punti di riferimento del cranio. Qui delineiamo un approccio stereotassico alternativo per colpire il tronco cerebrale caudale e il midollo spinale cervicale superiore attraverso la cisterna magna che si basa sulla visualizzazione diretta dei punti di riferimento del tronco cerebrale.
La chirurgia stereotassica per colpire i siti cerebrali nei topi è comunemente guidata da punti di riferimento del cranio. L'accesso è quindi ottenuto tramite fori di bava praticati attraverso il cranio. Questo approccio standard può essere difficile per gli obiettivi nel tronco cerebrale caudale e nel cordone cervicale superiore a causa di specifiche sfide anatomiche in quanto questi siti sono lontani dai punti di riferimento del cranio, portando all'imprecisione. Qui delineiamo un approccio stereotassico alternativo tramite la cisterna magna che è stato utilizzato per indirizzare regioni discrete di interesse nel tronco cerebrale caudale e nel cordone cervicale superiore. La cisterna magna si estende dall'osso occipitale all'atlante (cioè il secondo osso vertebrale), è piena di liquido cerebrospinale ed è ricoperta da dura madre. Questo approccio fornisce una via di accesso riproducibile a strutture selezionate del sistema nervoso centrale (SNC) che sono altrimenti difficili da raggiungere a causa delle barriere anatomiche. Inoltre, consente la visualizzazione diretta dei punti di riferimento del tronco cerebrale in prossimità dei siti target, aumentando la precisione quando si erogano piccoli volumi di iniezione a regioni ristrette di interesse nel tronco cerebrale caudale e nel midollo cervicale superiore. Infine, questo approccio offre l'opportunità di evitare il cervelletto, che può essere importante per gli studi motori e sensomotori.
La chirurgia stereotassica standard per colpire i siti cerebrali nei topi1 comporta comunemente la fissazione del cranio utilizzando una serie di barre auricolari e una barra della bocca. Le coordinate vengono quindi stimate in base agli atlantidi riferimento 2,3 e ai punti di riferimento del cranio, vale a dire, bregma (il punto in cui le suture delle ossa frontali e parietali si uniscono) o lambda (il punto in cui le suture delle ossa parietale e occipitale si uniscono; Figura 1A,B). Attraverso un foro di bava nel cranio sopra il bersaglio stimato, la regione target può quindi essere raggiunta, sia per la consegna di microiniezioni che per la strumentazione con cannule o fibre ottiche. A causa della variazione nell'anatomia di queste suture e degli errori nella localizzazione di bregma o lambda 4,5, la posizione dei punti zero in relazione al cervello varia da animale ad animale. Mentre piccoli errori nel targeting, che derivano da questa variabilità, non sono un problema per bersagli grandi o vicini, il loro impatto è maggiore per aree di interesse più piccole che sono lontane dai punti zero nei piani anteroposterior o dorsoventral e / o quando si studiano animali di dimensioni variabili a causa dell'età, della tensione e / o del sesso. Ci sono diverse sfide aggiuntive che sono uniche per il midollo allungato e il cordone cervicale superiore. In primo luogo, piccoli cambiamenti nelle coordinate anteroposteriore sono associati a cambiamenti significativi nelle coordinate dorsoventrali rispetto alla dura, a causa della posizione e della forma del cervelletto (Figura 1Bi)2,6,7. In secondo luogo, il cordone cervicale superiore non è contenuto all'interno del cranio2. In terzo luogo, la posizione obliqua dell'osso occipitale e lo strato sovrastante dei muscoli del collo2 rendono l'approccio stereotassico standard ancora più impegnativo per le strutture situate vicino alla transizione tra il tronco cerebrale e il midollo spinale (Figura 1Bi). Infine, molti bersagli di interesse nel tronco cerebrale caudale e nel midollo cervicale sono piccoli2, che richiedono iniezioni precise e riproducibili 8,9.
Un approccio alternativo attraverso la cisterna magna aggira questi problemi. La cisterna magna è un grande spazio che si estende dall'osso occipitale all'atlante (Figura 1A, cioè il secondo osso vertebrale)10. È riempito con liquido cerebrospinale e coperto da dura madre10. Questo spazio tra l'osso occipitale e l'atlante si apre quando si anterofisce la testa. È possibile accedervi navigando tra le pance accoppiate sovrastanti del muscolo longus capitis, esponendo la superficie dorsale del tronco cerebrale caudale. Le regioni di interesse possono quindi essere prese di mira in base ai punti di riferimento di queste regioni stesse se si trovano vicino alla superficie dorsale; o usando l'obex, il punto in cui il canale centrale si apre nel ventricolo IV, come punto zero per le coordinate per raggiungere strutture più profonde. Questo approccio è stato utilizzato con successo in una varietà di specie, tra cui il ratto11, il gatto12, il topo 8,9 e il primate non umano13 per colpire il gruppo respiratorio ventrale, la formazione reticolare mediale midollare, il nucleo del tratto solitario, l'area postrema o il nucleo ipoglosso. Tuttavia, questo approccio non è ampiamente utilizzato in quanto richiede conoscenze di anatomia, un toolkit specializzato e competenze chirurgiche più avanzate rispetto all'approccio stereotassico standard.
Qui descriviamo un approccio chirurgico passo-passo per raggiungere il tronco cerebrale e il cordone cervicale superiore attraverso la cisterna magna, visualizzare i punti di riferimento, impostare il punto zero (Figura 2) e stimare e ottimizzare le coordinate target per la consegna stereotassica di microiniezioni nelle regioni discrete del tronco cerebrale e del midollo spinale di interesse (Figura 3). Discutiamo quindi i vantaggi e gli svantaggi legati a questo approccio.
L'autore dichiara che il protocollo segue le linee guida del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali presso il Beth Israel Deaconess Medical Center.
1. Preparazione di strumenti chirurgici e telaio stereotassico
NOTA: L'intervento viene eseguito in condizioni asettiche. La sterilità viene mantenuta utilizzando la tecnica della punta sterile.
2. Induzione dell'anestesia e preparazione del topo
3. Posizionamento del mouse nel frame stereotassico
4. Chirurgia per accedere alla cisterna magna
5. Apertura della membrana cisternale
6. Identificazione dei punti di riferimento e del punto zero
7. Coordinate target
NOTA: Per vari target, abbiamo incluso un elenco di coordinate standard con coordinate anteriori posteriori (AP) e mediolaterali (ML) relative alle coordinate bregma e cisterna magna a punto zero con coordinate AP e ML relative all'obex a punto zero per facilitare la transizione tra le metodologie (Tabella 1). Le coordinate dorsoventrali (DV) sono relative alla superficie del cervello o del cervelletto (approccio standard) o alla superficie del tronco cerebrale o del cordone cervicale superiore (approccio cisterna magna) nel punto di ingresso AP e ML. La pianificazione dovrebbe essere fatta prima dell'intervento chirurgico.
8. Iniezione del bersaglio
9. Chiusura del campo chirurgico
10. Assistenza post-operatoria
L'approccio cisterna magna consente di colpire il tronco cerebrale caudale e le strutture del cordone cervicale superiore che sono altrimenti difficili da raggiungere tramite approcci stereotassici standard o sono inclini a targeting incoerente. L'intervento chirurgico per raggiungere la cisterna magna richiede incisioni della pelle, un sottile strato di muscolo trapezio e l'apertura della dura madre ed è quindi ben tollerato dai topi. È particolarmente efficiente e meno invasivo quando si prendono di mira più siti (dispersi longitudinalmente o bilaterali), in quanto non richiede la perforazione di più fori di bava come negli approcci stereotasssici standard. Nei topi, abbiamo regolarmente mirato strutture come il nucleo ipoglosso9, il gruppo respiratorio ventrale8 e la formazione reticolare adiacente 8 nel troncocerebrale caudale usando l'approccio cisterna magna, come illustriamo ulteriormente per il nucleo ipoglosso e il midollo ventromediale (GiV) nella Figura 3. Ad esempio, il nucleo ipoglosso è una colonna sottile ma rostrocaudamente allungata di motoneuroni nel midollo allungato dorsale e il suo polo rostrale può essere mirato tramite un approccio standard. Tuttavia, poiché le coordinate DV (~ 4,5 mm) sono per lo più dettate dal cervelletto sovrastante con solo 1,2-1,4 mm che entrano nel tronco cerebrale, una differenza relativamente piccola nel posizionamento della testa del topo potrebbe quindi facilmente provocare un'iniezione fuori posto. A causa della vicinanza di questo obiettivo all'obex di punto zero, può essere mirato in modo più affidabile tramite l'approccio cisterna magna. Inoltre, l'estremità caudale del nucleo ipoglosso che si estende fino alla transizione tra tronco cerebrale e midollo spinale può essere presa di mira dallo stesso approccio cisterna magna, mentre l'approccio standard dovrebbe essere modificato per raggiungere tale sito caudale angolando l'approccio AP e regolando le coordinate per evitare l'osso occipitale e la muscolatura del collo sovrastante.
Al fine di determinare l'accuratezza dell'approccio cisterna magna rispetto all'approccio standard, abbiamo misurato la distanza tra i siti bersaglio previsti ed effettivi nei piani anteroposteriore, mediolaterale e dorsoventrale per il ventrale (midollo ventromediale; Gia/V; N = 10) e dorsale (NuXII; N = 16) regioni. Le misurazioni sono state effettuate in sezioni trasversali del tronco cerebrale caudale (Figura 3). I risultati (Figura 4) mostrano errori significativamente più piccoli nei piani anteroposteriori, mediolaterali e soprattutto dorsoventrali per l'approccio cisterna magna rispetto all'approccio standard. Questi risultati evidenziano la maggiore precisione dell'approccio cisterna magna per questi obiettivi. Abbiamo incluso coordinate stereotassiche standard (relative al bregma, derivate da Paxinos e Franklin 2, ma ottimizzate per i nostri studi) e coordinate cisterna magna (relative all'obex) nella Tabella 1. Queste coordinate sono state tutte ottimizzate e verificate come mostrato per il nucleo ipoglosso e il midollo ventromediale nella Figura 3.

Figura 1: Rappresentazione schematica dei punti di riferimento chiave, delle aree target e del piano dell'approccio stereotassico della cisterna magna. (A) Punti di riferimento anatomici chiave e posizionamento nel piano sagittale. (B) Aree che possono essere raggiunte attraverso l'approccio stereotassico standard rispetto all'approccio stereotassico cisterna magna e relazione con i loro punti di riferimento. i) L'approccio standard fa uso di punti di riferimento ossei bregma e lambda, che sono distanti dalle regioni bersaglio in magenta e viola. L'area in magenta (midollo caudale allungato e midollo cervicale superiore) è difficile da raggiungere a causa dell'osso occipitale obliquo e dei muscoli del collo. L'area in viola (midollo rostrale oblongata) è soggetta a movimenti e distante dai punti di riferimento tradizionali. ii) L'approccio della cisterna magna è appropriato per accedere al midollo caudale allungato e al cordone cervicale superiore e presenta vantaggi nello studio delle strutture del tronco cerebrale che sono organizzate in colonne longitudinali che si estendono dal midollo caudale allungato rostralmente, fino al livello del ponte caudale. (C) Schema dei piani di vari atlanti di riferimento stereotassici in relazione all'approccio cisterna magna. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Panoramica schematica passo-passo dell'approccio cisterna magna stereotassico. (A) Adattatore per mouse con barre auricolari posizionate uniformemente al livello più alto, barra della bocca in posizione ribassata e una scheda di plastica per fissare la testa anteroflessa con un angolo di 90 °. (B) Fissare il mouse nel telaio stereotassico utilizzando le barre auricolari e anteroflex la testa a 90° e mantenere in posizione tramite una carta di plastica rigida, con il telaio stereotassico come riferimento. (C) Assicurarsi che il corpo sia elevato in modo che si trovi sullo stesso piano dell'occipite. Palpa i punti di riferimento chiave. (D) Fare un'incisione cutanea dall'occipite alla parte rostrale delle spalle. (E) Fare un'incisione nel rafe del muscolo trapezio. Assicurati di rimanere nella linea mediana e non tagliare i muscoli sottostanti. (F) Identificare la linea mediana tra le due pance del muscolo longus capitis, a partire dall'occipite, e guidare la pinza di laminectomia in direzione caudale. (G) Posizionare ciascuno dei ganci della ferita tra le pance del muscolo longus capitis e riposizionare fino a quando la cisterna magna non viene in vista. (H) Identificare i punti di riferimento ossei (osso occipitale, atlante), la dura madre che si estende tra queste strutture ossee e il cervelletto sottostante e il tronco cerebrale. Pulire la dura madre secondo necessità per esporre il livello target. (I) Usando forbici a molla e pinze sottili aprire la dura. (J) Identificare l'obex, che forma il punto zero AP e ML. Spostare la pipetta sulle coordinate AP e ML scelte. Abbassare la pipetta fino a raggiungere la superficie dorsale del tronco cerebrale. Questo è il punto zero DV. Abbassare la pipetta alla coordinata desiderata. (K) Rimuovere la pipetta e i ganci della ferita e lasciare che i muscoli longus capitis riprendano la loro posizione originale. (L) Chiudere la ferita e rimuovere il mouse dal telaio stereotassico. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Valutazione delle coordinate target. Fotomicrografie a basso ingrandimento del tronco cerebrale caudale. (A) Iniezione di subunità b (CTb; blu) della tossina tracciante retrograda nel nucleo ipoglosso di un topo reporter ChAT-cre L10 GFP (verde) (femmina, 6 mesi). Si noti che l'iniezione di CTb è limitata al nucleo ipoglosso. (B) Trasfezione di cellule glutamatergiche di un topo reporter (verde) vGluT2-ires-cre L10 (verde) (maschio, 2 mesi) con un tracciante anterogrado condizionale (magenta) nella parte ventrale del midollo caudale mediale oblongata (polo caudale della regione GiV). (C) Tracciamento retrogrado condizionale in un topo vGLuT2-ires-cre (maschio, 2 mesi) che mostra la trasfezione TVA (magenta) dei neuroni glutamatergici e l'infezione da rabbia modificata (verde) nel midollo caudale mediale allungato (polo caudale della regione GiV). Il virus della rabbia è stato iniettato nel midollo spinale cervicale superiore. I punti di riferimento interni fungono da guida. Abbreviazioni-cAmb: Nucleo compatto del complesso Ambiguus; Ap: Area Postrema; DMV: Nucleo Motorio Dorsale del Vago; GiV: Nucleo gigantocellulare, parte ventrale; IO: Oliva inferiore; IRt: Nucleo reticolare intermedio; LRN: Nucleo reticolare laterale; NuXII- Nucleo ipoglosso; sol: Nucleo del Tratto Solitario; Sp5: Nucleo trigemino spinale; VRG: gruppo respiratorio ventrale. Barra della scala: 200 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Confronto dell'accuratezza tra gli approcci standard e cisterna magna. Distanza media tra il centro del bersaglio previsto e il centro del sito effettivo nel piano anteroposteriore (A), nel piano mediolaterale (B) e nel piano dorsoventrale (C). I dati sono stati ottenuti da N = 13 topi adulti utilizzando un approccio standard e N = 13 topi adulti utilizzando un approccio cisterna magna. Il raggio del bersaglio è stato fissato a 30 μm. I risultati mostrano una maggiore precisione nel piano anteroposteriore (t(24) = 2,08, p = 0,049; t-test a due code; alfa 0,05), piano mediolaterale (t(24) = 2,55, p = 0,018; t-test a due code; alfa 0,05) e piano dorsoventrale (t(24) = 4,33, p = 0,0002; t-test a due code; alfa 0,05). I grafici a barre rappresentano la media con deviazione standard e i singoli punti rappresentano i valori in ciascun mouse. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: Panoramica delle coordinate stereotasssica standard e cisterna magna per colpire le strutture del tronco cerebrale caudale. Si prega di notare che sia per gli approcci standard che per quelli cisterna magna, le coordinate dell'atlante Paxinos e Franklin2 sono state adattate fino a quando le regioni di interesse non sono state adeguatamente mirate come verificato dall'istologia (Figura 3). Inoltre, si noti che le aree nella formazione reticolare mancano di confini ben definiti e sono qui etichettate come in Paxinos e Franklin2. Abbreviazioni-AP: anteroposterior. ML: mediolaterale. DV: dorsoventrale. ChAT: Colina acetiltransferasi; F: Femmina; M: Maschio; M&F: Maschio e Femmina; NA: non applicabile; Pet1: plasmacitoma espresso fattore di trascrizione 1; Sert: Trasportatore di serotonina, vGaT: Trasportatore GABA vescicolare; vGluT2: Trasportatore di glutammato vescicolare 2; WT: Tipo selvaggio. Tutte le coordinate sono in millimetro (mm). Fare clic qui per scaricare questa tabella.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
La chirurgia stereotassica per colpire i siti cerebrali nei topi comporta comunemente l'accesso attraverso le ossa del cranio ed è guidata da punti di riferimento del cranio. Qui delineiamo un approccio stereotassico alternativo per colpire il tronco cerebrale caudale e il midollo spinale cervicale superiore attraverso la cisterna magna che si basa sulla visualizzazione diretta dei punti di riferimento del tronco cerebrale.
Questo lavoro è stato supportato da R01 NS079623, P01 HL149630 e P01 HL095491.
| Cuscinetto imbevuto di alcol | Med-Vet International | SKU: MDS090735Z | preparato per la pelle per la prevenzione dell'infezione del sito chirurgico |
| Pinze angolate, Dumont #5/45 | FST | 11251-35 | solo per afferrare la dura |
| Betadine pad | Med-Vet International | SKU:Pvp-PAD | preparazione della pelle per la prevenzione dell'infezione del sito chirurgico |
| Subunità della tossina del colera-b, Alexa Fluor 488/594 coniugato | Thermo Fisher Scientific | 488: C34775, 594: C22842 | Clipper traccianti |
| fluorescenti | Wahl | Modello MC3, 28915-10 | per la rasatura del pelo nel sito chirurgico |
| Portaelettrodo con morsetto angolare | Kopf | 1770 | per contenere la pipetta di vetro |
| Flussometro | Strumenti Gilmont | modello # 65 MM | per regolare il flusso di isoflurano e ossigeno al topo sul piano chirurgico |
| Microsfere fluorescenti, polistirene | Thermo Fisher Scientific | F13080 | Tracciante fluorescente |
| Termoforo | Stoelting | 53800M | |
| Termoregolazione Camera di induzione con kit di aggancio per porte | Camera di 93805107 92800131 Midmark Inc | che fornisce l'anestesia iniziale | |
| Siringa per insulina | Exelint International | 26028 | per somministrare soluzione salina e analgesica |
| Isoflurano | Med-Vet International | SKU:RXISO-250 | anestetico inalante |
| Isoflurane Matrix VIP 3000 vaporizzatore | Midmark Inc | 91305430 | apparecchio per la somministrazione di anestetico inalante |
| Pinze per laminectomia, Dumont #2 | FST | 11223-20 | solo per pulire |
| l'aria dura Medical, compressa | Linde | UN 1002 | utilizzato con stimolatore e PicoPump per l'erogazione di aria per l'iniezione di soluzione di precisione |
| Meloxicam SR | Zoo Pharm LLC | Lotto # MSR2-211201 | analgesico |
| Microematocrito tubo capillare precalibrato in vetro borosilicato | Globe Scientific Inc | 51628 | per la trasfezione di materiale in coordinate designate |
| Adattatore per mouse | Stoelting | 0051625 | adattamento del telaio stereotassico del ratto per la chirurgia del topo |
| Porta ago, Student Halsted- Emostatici per zanzare | FST | 91308-12 | per la sutura Regolatore di |
| ossigeno | Prodotti di supporto vitale | S/N 909328, lotto 092109 | regolare i livelli di ossigeno dal serbatoio di ossigeno |
| Serbatoio di ossigeno, compresso | Linde | USP UN 1072 | fornito insieme all'anestesia con isoflurano |
| Carta di plastica | non applicabile | non applicabile | qualsiasi carta di plastica rigida, tagliata per adattarsi al telaio stereotassico (ad es. carta d'identità) |
| PicoPump pneumatica (o simile) | World Precision Instruments (WPI) | SYS-PV820 | Per l'iniezione di soluzione |
| di precisione Soluzione salina, sterile | Attrezzatura medica per montagna | H04888-10 | per sostituire i fluidi corporei persi durante l'intervento chirurgico |
| Manico per bisturi, #3 | FST | 10003-12 | a tenere il bisturi |
| Forbici, Wagner | FST | 14070-12 | per tagliare la sutura in polipropilene |
| Forbici a molla, Vannas 2,5 mm con scatola di accompagnamento | Forbici FST | 15002-08 | solo per aprire la dura, scatola per sollevare il corpo |
| Micromanipolatore stereotassico | Kopf | 1760-61 | attaccato al portaelettrodo per regolare la |
| posizione in base alle coordinateGruppo telaio stereotassico a "U" e piastra di base intracellulare | Kopf | 1730-B, 1711 | telaio per chirurgia |
| Applicatori sterili con punta in cotone | Puritan | 25-806 10WC | che assorbe il sangue dal campo chirurgico |
| Teli sterili non fenestrati Henry | Schein | 9004686 | per campo chirurgico sterile |
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| Stimolatore & Tubing | Grass Medical Instruments | S44 | per fornire aria presurred controllata per l'iniezione di soluzione di precisione |
| Lama chirurgica #10 | Med-Vet International | SKU: 10SS | per incisione cutanea |
| Pinze chirurgiche, Graefe extra fine | FST | 11153-10 | per trattenere la pelle |
| Guanti chirurgici | Med-Vet International | MSG2280Z | per chirurgia |
| asceticaMicroscopio operatorio | Leica | Modello M320/ F12 | per l'ingrandimento 5X-40X del sito chirurgico |
| Sutura 5-0 polipropilene | Oasis | MV-8661 | per chiudere la pelle |
| Tegaderm | 3M | 3M ID 70200749250 | fornisce una barriera sterile |
| Morsetto universale e palo di supporto | Kopf | 1725 | attaccato al telaio a U stereotassico e alla piastra di base intracellulare |
| Gancio per ferite con Emostatici hartman | FST | 18200-09, 13003-10 | per separare i muscoli e fornire una finestra chirurgica |