このビデオでは、我々は生きたマウスの背側脊髄の上に慢性光学イメージング室を移植するための手順を説明します。室、外科的手順、および慢性のイメージングを見直し、実証されている。
このビデオでは、我々は生きたマウスの背側脊髄の上に慢性光学イメージング室を移植するための手順を説明します。室、外科的手順、および慢性のイメージングを見直し、実証されている。
哺乳類の新皮質における研究は、生きたげっ歯類における反復的なタイムラプスin vivoイメージングにより、皮質の構造、活動、および神経変性障害に対する反応の前例のない解決を可能にしました。これらの研究は、簡単な外科的処置によって可能になり、外科的処置を繰り返すことなく長期間光学的にアクセスすることができました。対照的に、脊髄の類似の研究は、以前は数回のイメージングセッションに限定されており、それぞれが侵襲的な手術を必要としていました。前述のように、私たちは、8週間以上の連続的な光学アクセスを可能にし、脊柱の機械的安定性を維持し、イメージング中に外部から容易に安定化でき、1回の手術で済む脊椎室を開発しました。ここでは、脊髄腔とそれに関連する手術器具の設計をレビューし、外科的処置を詳細に示します。簡単に説明すると、このビデオでは、手術用の手術領域とマウスの準備、脊椎の露出と適切な組織創面切除、インプラントの送達と椎骨クランプ、チャンバーの完成、送達システムの取り外し、皮膚のシーリング、そして最後に術後のケアを示します。非線形顕微鏡法を用いた慢性的なin vivoイメージングの手順も実演します。最後に、結果、制限、一般的な変動性、およびトラブルシューティングのガイドについて説明します。
無傷の生物の生体内顕微鏡でタイムラプスは、免疫組織化学などの従来の単一の時点分析にアクセスできない複雑な生物学的プロセス、の直接可視化を可能にします。具体的には、多光子顕微鏡法(MPM)1は、2,3-まで4 1mmの過剰の撮像が達成されたげっ歯類の新皮質のような組織散乱における撮像を可能にする。シングル手順は数週間から数ヶ月のために、脳への光アクセスを許可する5-7れる外科の準備と組み合わせることで、これらの顕微鏡のアプローチは、健康と病気の状態8-11に、脳内の動的なプロセスを研究するために使用されている。また、プロトコルは行動アッセイ中の細胞の解像度機能イメージングを可能にし、目を覚まし( すなわち、非麻酔下の)動物でのin vivoイメージングのために提供する12,13開発されてきた。これらのプロトコルはcomparisために使用されている相関神経活動14のアドオンは、麻酔し、目を覚ました動物で15シグナリングアストロサイトのカルシウムは、タスク固有のニューロンのクラスタ16の同定、および神経細胞の能力は、ウィスカの刺激17上に物体の位置を判別する。
in vivoイメージング健康および病理学的機構を解明するために、このアプローチの潜在的な、経時所与の疾患機構18のような急性の軸索変性症(AAD)の同定を可能にする、マウス脊髄(SC)に適用した。その後の研究は、後根神経節(DRG)軸索再生19、軸索再生20における血管の役割は、傷害21に応答してグリア走化性、実験的自己免疫性脳脊髄炎におけるT細胞の遊走(EAE)22、活性に対する末梢病変の影響を調査しミクログリア23,24とamyotrophに応答したアストロサイト25のIC側索硬化症(ALS)、SC損傷(SCI)26後の軸索発芽におけるSTAT-3の役割、およびEAE 27における軸索喪失と回復のメカニズム。これらのアプローチの成功にもかかわらず、すべてのこれらの研究は、アクセス可能な時点の数を制限することにより、すべての撮影時点における短期のダイナミクスの研究、あるいは動物の必要な繰り返しの外科的開口部を制限する、単一イメージングセッションに限られていたと交絡実験的な成果物の可能性を増加させる。これらの手術のためのプロトコルは、以前28,29公開されている。
最近、我々は繰り返し手術を必要とせずに、複数の週の上にマウスSCにタイムラプスMPMイメージングを有効に慢性脊髄室の移植のための技法30を発表した。簡単に言えば、この外科的準備が低く胸椎における椎弓切除と4部構成室の注入を行う含まれています。チャンバーは含ま椎弓切除を取り囲む椎骨、及びカバーガラスSC上に配置され、シリコーンエラストマーで固定クランプ3つのカスタム加工されたステンレス鋼製部品。この技法は、繰り返し手術を必要とせずに健康で負傷した状態での術後以上の5週間に出ルーチンイメージングを可能にした。撮像時間点の数は、動物が麻酔導入を許容できる周波数によって制限された。イメージング寿命は、SCの表面上に密集し、線維組織の成長によって制限されていた。さらに、我々は、外科用インプラントは、運動機能には長期的な影響を及ぼさなかったことを確認した。
我々の最初の出版以来、またSCの長期イメージングを可能にする別のアプローチは、他の場所31-33に記載されている。このプロトコルは、当社が開発した脊髄室を移植するための私たちの手順を示しています。
注:この論文でのケアとすべてのマウスの実験的操作は、コーネル大学施設内動物管理使用委員会によって承認された。
1.手術のためのセットアップ
2.準備手術のためのマウス
3. 3隣接する胸椎の背薄層を露出し、清掃してください
4.背椎弓切除を行います
5.シール商工
6.術後ケア
7. in vivoイメージング
上記の手順に従って、手術の各段階は、 図2に概説手術の各段階の結果を模倣するべきである。特別な注意は、シリコーンエラストマーを適用する際にガラスの下に気泡を除去するために取らまたは少なくともそれらがあることを確認しなければならない関心領域( 図2L)の周辺に位置する。経験豊富な外科医のために、手術中または最初の24時間の術後内のいずれかに安楽死を必要とする外科的合併症が事業の約20%に起こる。これらの合併症は、最も頻繁に過剰な軟組織の出血または安全に脊柱にチャンバを取り付けるための障害から生じる。
首尾よく移植さ室では、ウィンドウは通常、複数の週( 図3)のための光学的に透明のまま。最善の努力にもかかわらず、不透明な、繊維状、新生物増殖は、多くの場合、部分的なobscuriで、その結果、数日以内に形成し、ウィンドウのNG( 図3C - F、黒の破線)。蛍光の構造は、この線維組織の下2PEF顕微鏡を用いて見ることが困難である。私たちは、術後以上5週間明確な残り成功裏に注入された窓の約50%で、結果の二峰性分布を見つけ、約50%が1以内難読化になるの - 3週間。 2PEFイメージングを妨げない、 -表示ウィンドウの経験や硬膜(F、緑アスタリスク図3D)上記の血管新生の唯一のささやかな親等内の明確な、ほとんどの場所のままWindows用。私たちの以前の研究30は、頭蓋窓の準備5で見られるものと類似の軽度の炎症を示す、窓と隣接する椎骨の下のミクログリアの増加ではなく、アストロサイトの密度を示した。
後根ganglのサブセットにおいて黄色蛍光タンパク質(YFP)を発現するトランスジェニックマウスにおけるとりわけ、(DRG)ニューロン(YFPH線と、ジャクソン研究所)、軸索が手術後数週間明確に区別であった( 図4(a)およびb)と一つの動物である限り最大4ヶ月(データは示さず)。血管( 図4AおよびB)は、血漿中に標識デキストラン眼窩注入蛍光テキサスレッドによって可視化した。ミクログリアもCX3CR1ノックインマウスでGFPを発現するマウスで可視化した(CX3CR1-GFP、ジャクソンLabsは)YFPHライン( 図4C)に渡った。コントラストと解像度が原因以前に30に説明繊維状の異常増殖の形成に時間( 図4C)を介して緩やかに悪化した。私たちは日常的に12時間ごとにできるだけ頻繁に死亡することなく、単一のセッションで3時間画像化と。セッション継続時間と周波数が麻酔導入、実験動物に苦痛を伴う倫理的配慮との併用のために動物の許容誤差によって制限されます。
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図2は、背側椎弓切除術を行い、慢性撮像チャンバは、脊髄への光アクセスを提供するために注入される。手順は、モンタージュに記載されている。まず、皮膚(パネルA、B、プロトコルセクション3.1から3.4)および筋(C; 3.5)は、3つの下にある椎骨を露出させるために引っ込められる。これら三つの脊椎骨を覆う組織(D、E、F; 3.6から3.10)が除去され、それらは、両側(G、H; 3.12)にクランプされる前に、横方向のプロセスは、クリーンな掻き取り。慎重に、中央の椎骨の背側椎弓板が除去された骨の端部をシール(I L)でチャンバを密閉する 前に、チャンバを固定するために、位置(5.3 K)に固定され、ねじ、天板(5.1 J)が印加される。配信ピン(M; 5.8)を除去した後、皮膚をチャンバーの側面に接着される(M、N; 5.8)及び止めねじが翼(O; 5.9)に挿入される。最後に、ネジスロットは、歯科アクリル(P; 5.10)で封止されているとマウスが回復する清潔なケージに入れている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3.慢性脊髄室は、光学的に透明OVのまま複数の週えー。数分(A)から、手術後三週間(F)の範囲の脊髄の白色光画像。血管のランドマークは、すべての時点(黄色の矢印)で識別可能である。ほとんど変化が一日の術後(B)で見られる。密な線維性成長(C -右下の破線で囲まれたFは )早けれ撮像領域の部分的な難読化で三日間、結果として存在する。軽度の新生血管形成(D、E、F、緑アスタリスク)も存在するが、白色光または2PEF撮像においてオリジナルの血管系を不明瞭にしない。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4慢性脊髄チャンバは、繰り返し手術を必要とせずに繰り返し多光子イメージングを可能にする。脊髄の背側の索でDRG軸索(緑)のサブセットにおいてYFPを発現するトランスジェニックマウスの繰り返しイメージング血管染料注入(A、B)によって標識コード及び血管系(赤色)。ミクログリア(藤色)の活性はまたはThy1-YFP / CX3CR1-GFP二重トランスジェニックマウス(C)において経時的に追跡することができる。軸索とミクログリアが表示されたままにしながら、時間をかけて緩やかにコントラストや解像度の低下(C)。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ここで実証した技術は繰り返し、タイムラプスを可能にし、多くの週まで出背マウスSCのin vivoイメージングは、その後の外科的処置を必要とせずに動作可能に投稿してください。この手順は、繰り返し手術イメージング研究の上や携帯ダイナミクスに関する情報が失われportmortem組織学的アプローチ、オーバー実質的な改善を表している。我々は以前30が インビボで SCIの病態を研究するためのこの技術の価値を実証しています。
イメージングの最大長手方向の広がりは、SCの背側表面上に密な線維組織の成長によって決定した。時間が経つにつれて、この成長は、画像コントラスト及び解像度の損失をもたらした。この成長は、代替外科の製剤31で確認されています。逸話的には、表面をシールする、この成長は慎重に血液製剤を除去するために、背側SCの表面を洗浄することにより最小限に抑えることができることを観察したシアノアクリレートとカット骨、シリコーンエラストマーとよく、チャンバの縁部をシールし、背側SCとカバーガラスとの間の間隙空間を最小化する。
近年、ポリカーボネートチャンバーを用いて我々自身に類似した別のアプローチは、32実証されている。それが私たちのステンレス鋼部品の場合ではないX線及び音響イメージングモダリティと互換性があるので、ポリカーボネートの使用が有利である。しかし、3Dプリンタの現在ユビキタス技術で、チャンバー部品は、特定のニーズに合わせて多種多様な材料から製造することができる。我々は最近、明確なフォトポリマー内のすべての私達の部分を印刷している。
密閉チャンバーの一つの重要な欠点は、薬物やSCイメージング34に適し外因性染料の繰り返し投与量を管理することができないことである。しかし、私たちの本システムの機械的安定性を活かしことにより、我々はすでに成功に私たちの現在の室を使用していたlyがあっても、閉じたチャンバーシステム(未発表)に複数の時点での薬物送達のために許可された皮下移植注入口に接続された髄腔内カテーテルを固定する。また、原因天板のモジュラー性質のため、この準備の将来のバージョンは、両方の治療剤および蛍光標識を繰り返し適用を可能にするために再シール可能なチャンバーが含まれます。これは、薬物送達のための電極、光学インサート、およびポートを記録するためのマウントを有する天板を想定することも可能である。このような追加は可能性が高いFenrich らのより多くのミニマリストシステムを使用して実装するために、より困難になる。31。結論として、私たちの室は、多様な実験が基づくことができるゲートウェイプラットフォームを提供します。
著者には開示するものは何もなく、競合する金銭的利益もありません。
私たちは、手順の開発を通じて彼の意見をいただいたジョセフ・R・フェッチオ博士に感謝します。米国国立衛生研究所(R01 EB002019からC.B.S、DP OD006411からJoseph R. Fetchoへ)、およびカナダ国立科学研究評議会(M.J.F.へ)からの財政支援
に感謝いたします。| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| バンナスはさみ | ファインサイエンスツール | 15000-04 | |
| 鉗子、はさみ、メスなど。 | ファインサイエンスツール | マルチプル | |
| リトラクターキット -磁気固定具 | ファインサイエンスツール | 18200-02 | |
| リトラクターキット -リトラクター | ファインサイエンスツール | 18200-09 | 他のリトラクターも使用できます |
| リトラクターキット -エラストマー | ファインサイエンスツール | 18200-07 | |
| フィードバック制御加熱ブランケット | CWE Inc. | モデル: TC-1000 マウス Part No. 08-13000 | |
| stereotax | see Farrar et al, Nat. Meth., 9, 297, 2012, Supplement (online) | ||
| spinal chamber | see Farrar et al, Nat. Meth., 9, 297, 2012, Supplement (online) | ||
| spinal chamber holders | see Farrar et al, Nat. Meth., 9, 297, 2012, Supplement (online) | ||
| Cyanoacrylate glue | Loctite | Loctite 495 | multipleサプライヤー |
| ティーツ コールド キュア コーラル パウダー (歯科用アクリル パウダー) | ティーツ | 部品: 8101 | 複数のサプライヤー |
| ティーツ コールド キュア リキッド (歯科用アクリル液) | ティーツ | 部品: 8501 | 複数のサプライヤー |
| グリコピロレート | MWI 獣医供給 | MWI SKU: 29706 (バクスター 1001901602) | |
| D-(+)-グルコース | Sigma-Aldrich | G5767 | |
| ブピバカイン | MWI 獣医用品 | MWI SKU: 029841 (Hospira 116301) | |
| ケトプロフェン | MWI 獣医用品 | MWI SKU: 002800 (ファイザー 2193) | |
| デキサメタゾン | MWI 獣医用品 | MWI SKU: 501012 (VetOne 1DEX032) | |
| KwikSil エラストマー | ワールド プレシジョン インク | KWIK-SIL | |
| KwikSil ミキシングのヒント | 株式会社ワールドプレシジョン | クウィクミックス |