Qui viene descritto un approccio semplice e rapido per l'esecuzione di iniezioni intracerebroventricolari nei topi utilizzando un approccio a mano libera (cioè senza un dispositivo stereotassico).
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Qui viene descritto un approccio semplice e rapido per l'esecuzione di iniezioni intracerebroventricolari nei topi utilizzando un approccio a mano libera (cioè senza un dispositivo stereotassico).
Lo studio dei sistemi neuroendocrini richiede spesso la somministrazione di farmaci, virus o altri agenti sperimentali direttamente nel cervello dei topi. Un'iniezione intracerebroventricolare (ICV) consente la somministrazione diffusa dell'agente sperimentale in tutto il cervello (in particolare nelle strutture vicino ai ventricoli). Qui vengono descritti i metodi per effettuare iniezioni ICV a mano libera in topi adulti. Utilizzando punti di riferimento visivi e tattili sulle teste dei topi, le iniezioni nei ventricoli laterali possono essere effettuate in modo rapido e affidabile. Le iniezioni vengono effettuate con una siringa di vetro tenuta in mano dallo sperimentatore e posta a distanze approssimative dai punti di riferimento. Pertanto, questa tecnica non richiede un frame stereotassico. Inoltre, questa tecnica richiede solo una breve anestesia con isoflurano, che consente la successiva valutazione del comportamento e/o della fisiologia del topo in topi svegli e che si comportano liberamente. L'iniezione ICV a mano libera è un potente strumento per la somministrazione efficiente di agenti sperimentali nel cervello di topi viventi e può essere combinata con altre tecniche come il prelievo frequente di sangue, la manipolazione dei circuiti neurali o la registrazione in vivo per studiare i processi neuroendocrini.
La somministrazione di agenti sperimentali, come i farmaci1, i virus2 o le cellule3, al cervello è spesso necessaria per la ricerca neuroendocrina. Se l'agente non attraversa facilmente la barriera emato-encefalica o l'obiettivo sperimentale è quello di testare in modo specifico gli effetti centrali dell'agente, è importante disporre di un metodo affidabile per somministrare iniezioni nel cervello. Inoltre, l'iniezione nello spazio intracerebroventricolare (ICV) offre l'opportunità di distribuire ampiamente l'agente nel cervello e fornisce un'ampia area bersaglio, aumentando così la probabilità di successo dell'iniezione2.
Un metodo comune per effettuare iniezioni di ICV prevede il posizionamento di una cannula permanente a permanenza. In questo approccio, è necessario un telaio stereotassico per posizionare la cannula disponibile in commercio o su misura, poiché la cannula viene incollata o cementata in posizione. Spesso, al momento del recupero, viene somministrata una dose sovrafisiologica di angiotensina II attraverso la cannula e, se si osserva immediatamente il comportamento del bere, la cannula viene considerata posizionata correttamente4. Questo approccio presenta molti vantaggi, tra cui la possibilità di eseguire un'infusione a lungo termine e la possibilità di iniettare più volte lo stesso animale; inoltre, se viene impiegata l'angiotensina II, il corretto posizionamento può essere confermato prima della somministrazione di composti sperimentali. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni al posizionamento di una cannula permanente, tra cui la necessità di attrezzature costose (telaio stereotassico), la possibilità di danni alla cannula dopo il posizionamento (ad esempio, i topi possono masticare la cannula di un compagno di gabbia) e la possibilità di infezioni intorno alla cannula permanente. Le iniezioni singole di ICV possono essere effettuate con l'uso di un framestereotassico 3, che, sebbene efficace, richiede una sostanziale esposizione all'anestesia e, quindi, può oscurare alcuni effetti fisiologici e comportamentali acuti del trattamento. Inoltre, il posizionamento dei topi in un telaio stereotassico richiede una formazione sostanziale per ottenere un posizionamento stabile e prevenire la rottura dei condotti uditivi.
Qui viene descritto un metodo consolidato per effettuare iniezioni a mano libera nei topi. Questo metodo si basa sulle precedenti relazioni 5,6. I vantaggi di questa tecnica sono che è semplice, rapida e non richiede attrezzature specializzate come un telaio stereotassico. Come descritto di seguito, questa procedura prevede la manipolazione di una siringa di vetro rispetto ai punti di riferimento sulla testa del topo per effettuare le iniezioni, che possono essere eseguite rapidamente e, quindi, richiedono solo pochi minuti di anestesia gassosa il giorno dell'esperimento.
Tutte le procedure sono state approvate dalla Colorado State University (#3960) e dall'Università della California San Diego Institutional Animal Care and Use Committees, dove sono stati raccolti i dati rappresentativi (S13235, PI Kellie Breen Church). I dati di cinque topi C57/BL6 femmine adulte e due maschi adulti (9-16 settimane) sono illustrati nella sezione dei dati rappresentativi. I topi femmina sono stati ovariectomizzati 3-4 settimane prima dell'iniezione di ICV e della raccolta del sangue come descritto in precedenza7. Prima della sperimentazione, questi topi sono stati alloggiati con un ciclo di 12 ore di luce e 12 ore di luce scura e hanno avuto libero accesso al mangime e all'acqua in conformità con la Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio.
1. Esecuzione della craniotomia
NOTA: La craniotomia può essere eseguita uno o più giorni prima dell'iniezione vera e propria, il che rende il processo di iniezione più rapido il giorno dell'esperimento.
2. Effettuare l'iniezione
3. Conferma della posizione di iniezione
Se eseguita con successo, questa tecnica consente la rapida somministrazione di un agente sperimentale nel sistema ventricolare. Un profilo di impulso dell'ormone luteinizzante (LH) da un topo ovariectomizzato che ha ricevuto un'iniezione ICV di 3 μL di soluzione salina isotonica sterile, il veicolo di molti composti farmacologici, è mostrato nella Figura 2A. Questo esempio dimostra che una breve esposizione all'anestesia gassosa e l'iniezione di 3 μL di liquido nel sistema ventricolare da sola non hanno alterato la secrezione pulsatile di LH. A 3 ore dall'iniezione di ICV, l'animale è stato sottoposto a eutanasia e il tessuto neurale appena congelato è stato raccolto e tagliato su un criostato; il tratto di iniezione si interseca chiaramente con il ventricolo laterale. Il tratto di iniezione era visibile anche nel tessuto neurale di topi perfusi con fissativo (10 mL di soluzione fisiologica eparinizzata seguiti da 20 mL di paraformaldeide al 4% in tampone fosfato). Esempi di iniezioni correttamente posizionate sono mostrati nella Figura 2B. Due esempi di iniezioni posizionate in modo errato sono mostrati nella Figura 2C. Esempi di iniezioni di inchiostro di china posizionate correttamente (a sinistra) e in modo errato sono mostrati nella Figura 2D. L'iniezione di inchiostro di china è utile per praticare questa tecnica in quanto consente una chiara visualizzazione della posizione di iniezione. Il flusso di colorante sia nei ventricoli laterali che nel terzo ventricolo può essere visto in iniezioni posizionate correttamente (Figura 2D, a sinistra).

Figura 1: Immagini che illustrano la preparazione dell'apparecchiatura e le coordinate di iniezione per le iniezioni ICV a mano libera. (A) Configurazione della stazione di lavoro per le iniezioni ICV a mano libera. (B) Schema per praticare il movimento necessario per effettuare l'iniezione di ICV in topi femmina C57/BL6 di 3-4 mesi. (C) Posizione approssimativa del bregma nei topi adulti. (D) Posizionamento del tubo per rivelare 3,5 mm della punta dell'ago per l'iniezione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Dati rappresentativi dell'ormone luteinizzante e dell'istologia relativi alle iniezioni di ICV a mano libera. (A) Profilo dell'impulso LH prima e dopo l'iniezione di ICV. I punti dati con riempimento nero solido rappresentano gli impulsi determinati utilizzando una riformulazione di PULSAR10 con i parametri suggeriti in tale riferimento per un topo OVX e un livello di rilevamento di 0,32 ng/mL. (B) Fotografie di una sezione coronale del cervello di topo con un'iniezione ICV correttamente posizionata. (C) Fotografie di una sezione coronale del cervello di topo con un'iniezione di ICV posizionata in modo errato: un tratto di iniezione laterale al ventricolo (a sinistra) e un tratto di iniezione dorsale al ventricolo (a destra). (D) Fotografie di una sezione coronale del cervello di topo con un'iniezione ICV di inchiostro di china posizionata correttamente (a sinistra) e un'iniezione ICV di inchiostro di china posizionata in modo errato (a destra). Nota: i pannelli B e C raffigurano cervelli perfusi con paraformaldeide raccolti 3 ore dopo l'iniezione di soluzione fisiologica; Il pannello D raffigura cervelli freschi raccolti su ghiaccio secco 2 minuti dopo l'iniezione di inchiostro di china. Barra della scala = 1 mm Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Qui viene descritto un mezzo semplice ed efficace per effettuare iniezioni di ICV nei topi. Poiché questa tecnica non richiede una struttura stereotassica, questo approccio per la somministrazione centralizzata di farmaci e agenti sperimentali è accessibile a un maggior numero di ricercatori. Inoltre, questo approccio ha una produttività relativamente elevata poiché la procedura di preparazione e iniezione può essere eseguita rapidamente.
Poiché questa procedura richiede la manipolazione manuale di aghi e di una siringa di vetro utilizzando distanze approssimative, si consiglia al nuovo praticante di dedicare un po' di tempo alla pratica dei movimenti prima di lavorare con animali vivi. Inoltre, i cadaveri di topo possono essere utili per esercitarsi a identificare il bregma con l'ago. Una volta acquisita un po' di confidenza con il movimento, è utile fare esperienza con animali da pratica dal vivo. Durante le sessioni di pratica, l'iniezione di 3 μL di inchiostro di china facilita la valutazione visiva del posizionamento dell'iniezione. Le iniezioni correttamente posizionate si tradurranno in una colorazione nera nel ventricolo laterale omolaterale e spesso nel terzo ventricolo e nel ventricolo laterale controlaterale. L'iniezione di inchiostro è una procedura terminale e ai topi non deve essere permesso di riprendersi dall'anestesia dopo l'iniezione di inchiostro. Anche i medici esperti possono trarre beneficio dal provare il movimento laterale di 2 mm e caudale di 1 mm un paio di volte prima di effettuare un'iniezione. Inoltre, è importante tenere la siringa di vetro in posizione verticale quando viene inserita nel cervello. Con la pratica, ci si può aspettare che il >75% delle iniezioni sia posizionato correttamente. Tenere l'ago in posizione per ~1 minuto dopo che l'intero volume è stato iniettato può aiutare a prevenire il riflusso del liquido dal cervello. Durante questo periodo, è essenziale tenere l'ago nella posizione corretta senza muoversi. L'esecuzione di successo di questa procedura richiede esperienza nella manipolazione e nella tenuta affidabile dell'ago e della siringa di vetro.
Se alcune iniezioni non vengono posizionate correttamente, ci sono diverse opzioni per la risoluzione dei problemi. Innanzitutto, controllare che l'ago per iniezione sia dritto (non piegato) e che l'ago sia ben fissato alla siringa di vetro. Successivamente, se le iniezioni mancate sono variabili nella loro posizione, è necessaria un'ulteriore pratica di manipolazione e tenuta della siringa di vetro. Può essere utile anche avere una persona in più per individuare se la siringa viene tenuta verticalmente durante l'iniezione. Anche trovare il bregma sulla pelle intatta con l'ago richiede pratica. Si raccomanda vivamente di dedicare del tempo per identificare con sicurezza questo punto di riferimento prima di procedere con l'iniezione. Se le iniezioni vengono costantemente posizionate in una posizione errata, sarà necessario modificare le coordinate di iniezione. Le coordinate qui descritte (±2 mm laterali, 1 mm caudale rispetto al bregma) sono efficaci nei topi adulti C57/BL6, ma potrebbe essere necessario adattarle per altri ceppi o gruppi di età.
Sebbene questa tecnica possa essere molto efficace per fornire rapidamente agenti a livello centrale, ci sono alcune limitazioni. Poiché lo stantuffo della siringa viene spostato manualmente, la velocità di iniezione può essere variabile. Si consiglia di iniettarlo relativamente lentamente per evitare potenziali effetti fuori bersaglio della pressione nel sistema ventricolare. In questo protocollo si raccomanda un volume di iniezione di 3 μL; tuttavia, un volume di iniezione maggiore (5 μL) è stato utilizzato in altri laboratori11. A seconda del risultato misurato, potrebbe essere necessario regolare il volume e la velocità di iniezione. Ad esempio, i topi giovani possono tollerare solo volumi di iniezione più piccoli. Pertanto, si raccomandano esperimenti preliminari per testare gli effetti del veicolo. Un'ulteriore limitazione è che la conferma del corretto posizionamento dell'iniezione è limitata a una valutazione in qualche modo soggettiva del tratto di iniezione dopo che il tessuto è stato raccolto. Il tratto di iniezione è visibile sia nel tessuto fresco congelato che in quello perfuso con paraformaldeide raccolto diverse ore dopo l'iniezione di ICV (vedere le immagini nei risultati rappresentativi). Se vengono effettuate più iniezioni, potrebbe non essere chiaro dai segni del tratto se ogni iniezione è stata effettuata con successo.
Questo approccio a mano libera per effettuare iniezioni di ICV richiede l'anestesia. Con la pratica, le iniezioni possono essere effettuate rapidamente, con conseguente breve esposizione (3-5 minuti) all'anestetico. Radendo la testa del topo ed eseguendo la craniotomia (perforazione del cranio con un ago affilato) prima del giorno sperimentale, è possibile ridurre il tempo sotto anestesia durante l'esperimento. I topi in genere si riprendono completamente da questa breve esposizione all'anestesia entro pochi minuti. La raccolta di campioni di sangue dalla punta della coda subito dopo l'anestesia può essere impegnativa, quindi il campionamento può essere sospeso per ~ 30 minuti dopo l'iniezione per ridurre al minimo lo stress nei topi, anche se questo non è strettamente necessario. Anche altri laboratori hanno misurato con successo i cambiamenti nella secrezione di LH (campioni una tantum) 30 minuti dopo la somministrazione di agenti farmacologici utilizzando questa tecnica ICV a mano libera 1,12. Cambiamenti nel comportamento locomotore e inattivo in un periodo di 24 ore sono stati rilevati anche dopo le iniezioni di ICV13, in modo da poter eseguire un monitoraggio a lungo termine. Si raccomanda l'esecuzione di test preliminari per determinare la facilità di campionamento e i potenziali effetti dell'anestesia sugli esiti di interesse.
In sintesi, la tecnica di iniezione ICV a mano libera qui descritta è un metodo semplice ma potente per somministrare agenti sperimentali nel cervello. I vantaggi specifici sono che l'approccio è rapido e tecnicamente semplice e consente un alto tasso di iniezioni effettuate con successo. Inoltre, poiché questa tecnica richiede solo una breve esposizione all'anestesia, può essere combinata con una varietà di altre tecniche come frequenti prelievi di sangue, manipolazione di circuiti neurali o registrazione in vivo per studiare i processi neuroendocrini.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Vorremmo ringraziare la Dott.ssa Kellie Breen Church, il Sig. Michael Kreisman e la Sig.ra Jessica Jang per il loro contributo alla raccolta dei dati mostrati nei risultati rappresentativi. Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institutes of Health (NIH) R00 HD104994 (R.B.M.).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Aghi smussati calibro 18 SAI | Infusion | B18-150 | |
| Aghi calibro 18 | BD Medical | 305195 | |
| Tamponi imbevuti di alcol | Fisher Scientific | 22-363-750 | |
| Cuscinetto da banco | Fisher Scientific | 14-206-62AC22 | |
| Soluzione di betadina | Fisher Scientific | NC1696484 | |
| Buprenorfina | Patterson Vet Supply | 07-892-5235 | Sostanza controllata |
| Eyelube | Fisher Scientific | 50-218-8442 | |
| Siringa di vetro | Hamilton | 7634-01 | |
| Ago per iniezione | Hamilton | 7803-01 | 27 gauge, ago RN a mozzo piccolo, stile di punta: 4, lunghezza dell'ago: 10 cm, angolo: 45 |
| isoflurano | Patterson Vet Supply | 07-893-8441 | |
| Vaporizzatore di isoflurano | Vet Equip | V-10 | |
| Nastro da laboratorio | VWR | 89098-128 | |
| Ossigeno di grado medico | Airgas | OX USPEA | |
| Paraformaldeide | Millipore-Sigma | 8.18715.1000 | |
| Soluzione salina tamponata con fosfato | Fisher Scientific | J67802. Software K2 | |
| PulsaR | Open source, Università di Otago | Vedi ref 9 | |
| Ruler | Fisher Scientific | 12-00-152 | |
| Tubi silastici (0,040" ID) | DOW | 508-005 | |
| Tubi Silastic (0,078" ID) | DOW | 508-009 | |
| Soluzione salina sterile | VWR | 101320-574 | |
| Saccarosio | Fisher Scientific | S5-500 |
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