ここでは、マカク脳の大きな皮質領域にわたって光遺伝学的発現を達成するための効率的かつ簡素化されたアプローチとして、皮質へのウイルスベクターの磁気共鳴(MR)誘導対流増強送達(CED)を示す。
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ここでは、マカク脳の大きな皮質領域にわたって光遺伝学的発現を達成するための効率的かつ簡素化されたアプローチとして、皮質へのウイルスベクターの磁気共鳴(MR)誘導対流増強送達(CED)を示す。
非ヒト霊長類(NHP)光遺伝学では、ウイルスベクターを持つ大きな皮質領域に感染することは、しばしば困難で時間のかかる作業です。ここでは、光遺伝学的ウイルスベクターの磁気共鳴(MR)誘導対流増強送達(CED)を一次体感覚(S1)および運動(M1)皮質の効率的で広範な皮質発現を得ることを実証する。光感受性イオンチャネル。黄色蛍光タンパク質(EYFP)に融合した赤色シフトオプシンC1V1をコードするアデノ関連ウイルス(AAV)ベクターをMR誘導CED下のレッサスマカクザルの皮質に注入した。輸液後3ヶ月間、エピ蛍光イメージングは、M1およびS1の光遺伝学発現の大きな領域(>130 mm2)を2つのマカクで確認した。さらに、マイクロエレクトロコルチコグラフィーアレイを用いて発現領域からの信頼性の高い光誘発電気生理学応答を記録することができました。その後、レポーターに対する組織学的分析および免疫染色は、エピ蛍光イメージングによって示される分布に対応するM1およびS1における広範囲かつ緻密な光遺伝学発現を明らかにした。この技術により、従来の技術に比べて損傷を最小限に抑えながら、より短い期間で皮質の広い領域にわたって発現を得ることができ、HOPなどの大型動物における光遺伝学的ウイルス送達に最適なアプローチとなり得ます。このアプローチは、進化的に人間に近い動物モデルにおいて細胞型特異性を有する神経回路のネットワークレベル操作の大きな可能性を示す。
光遺伝学は、神経活動の操作と脳内のネットワーク接続の研究を可能にする強力なツールです。この技術を非ヒト霊長類(HPS)に実装することで、霊長類の脳における大規模な神経計算、認知、行動に対する理解を深める可能性があります。光遺伝学は近年、NGPで成功裏に実施されているが、1,2,3,4,5,6,7,研究者は、これらの動物の大きな脳領域全体で高いレベルの発現を達成しています。ここでは、マカクザルの皮質の広い領域にわたって高レベルの光遺伝学的発現を達成するための効率的で簡素化されたアプローチを提供しています。この技術は、最先端の記録8、9および光学刺激10技術と組み合わせて、これらの動物の現在の光遺伝学的研究を改善する大きな可能性を秘めています。
対流増強送達(CED)は、中枢神経系11、12、13への薬理学的薬剤および他の大きな分子、ウイルスベクターを含む送達の確立された方法である。従来の送達方法は、脳の小さな領域に分散する複数の少量注入を伴うのに対し、CEDはより少ない注入でより広範で、より均一な薬剤分布を達成することができる。注入中の圧力駆動バルク流体流れ(対流)により、CEDを用いてウイルスベクターを送送る際に、標的組織のより広く均一に分散されたトランスダクションを可能にします。最近の研究では、磁気共鳴(MR)誘導CEDを用いて、一次運動(M1)および身体感覚(S1)コルチス9および視床14の大領域の経発性およびその後の光遺伝学的発現を実証した。
ここでは、皮質注射が少ない大きな皮質領域にわたって光遺伝学的発現を達成するためにCEDの使用を概説する。
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すべての手順は、カリフォルニア大学サンフランシスコ大学、サンフランシスコ機関動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されており、実験動物のケアと使用に関するガイドに準拠しています。8歳と7歳の成人男性の2匹のオスのカゲザルを用いて、それぞれ体重17.5kgと16.5kg(サルGとサルJ)を用いて以下の手順を行った。
注:すべての外科的処置のための標準的な無菌技術を使用する。
1. ベースラインイメージング
2. MR互換室注入
3. ウイルスベクター配信
4.MR互換チャンバー生産
5. 還流耐性カニューレ生産13
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MRIガイダンスに下記の対流強化配信(CED)
ウイルスベクターの広がりは、オンラインMR画像の指導の下でCED注入中にモニタリングされた(図3A)。本研究では、2匹のサルのS1とM1を標的とした(図3B)。Yazdan-Shahmorad et al. 20169で説明したMR画像(図3C)のポストホック解析で3次元分布量を推定し、皮質の広い領域のカバレッジを確認した。サルGのM1注入は、時間の制約のためにMRガイダンスなしで行われました。
ウイルス発現の検...
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ここでは、MR誘導CEDによるNHP原発性身体感覚および運動皮質における大規模な光遺伝学発現を達成するための実現可能かつ効率的な手法を概説する。MR誘導CEDの使用は、NHP脳におけるウイルス注入の従来の方法に対して重要な利点を提示する。そのような利点の1つは、必要な注入が少ない大きな領域に対して発現を達成する能力である。例えば、従来の方法では、2〜3mm径領域1、2、5、17におけるベクトル降伏発現の1〜2μLの複数の注射。大規模ベクタースプレッドの達成に向けたこれまでの試みは、複数の注射で約10mm3の発現量を生み出したが、ここでは、わずかな注入で200mm3以上の発現を達成する方法を提示する。. CEDによる50 μLの単一注入は皮質CED9
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PNSは、脳刺激を用いて臨床療法を開発しているNeuralink社に金銭的な関心を持っています。
この研究は、米国心臓協会の博士後期フェローシップ(AY)、防衛先端研究プロジェクト庁(DARPA)の再編成と傷害回復を加速する可塑性によって支えられた(REPAIR;N66001-10-C-2010)、R01。NS073940、およびUCSF神経科学イメージングセンターによって。この研究はまた、賞番号K12HD073945、ワシントン国立霊長類研究センター(WaNPCR、P51 OD010425)の下で国立衛生研究所のユーニスケネディ震え国立研究所によってサポートされました。神経技術センター(CNT、グラントEEC-1028725の下で国立科学財団工学研究センター)。カミロ・ディアス・ボティア、ティム・ハンソン、ヴィクトル・カラジア、ダニエル・シルバースミス、カレン・J・マクレオド、ジュリアナ・ミラニ、ブレイクリー・アンドリュースが実験に協力してくれたことに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.2 mL 高圧 IV チューブ | Smiths Medical Inc., Dublin, OH, USA | 533640 | |
| 0.32 mm ID, 0.43 mm OD Silica | Tubing Polymicro Technologies | 1068150027 | |
| 0.45 mm ID, 0.76 mm OD Silica Tubing | Polymicro Technologies | 1068150625 | |
| AAV2.5-CamKII-C1V1-EYFP | Penn Vector Core, University of Pennsylvania | ||
| ABSプラスチック | Stratasys、MN、USA | ABSplus-P430 | |
| 抗菌性切開ドレープ | 3M | 6650EZ | Ioban ドレープ |
| 歯科用アクリル | Henry Schein, Inc. | 1013117 | アクリルボンディングエージェント |
| エレベーターVWR | インターナショナル、LLC。 | 10196-564 | ランゲンベックエレベーター、ワイドチップ |
| ファイン縫合 | McKesson Medical-Surgical Inc. | ||
| Gadoteridol | Prohance, Bracco Diagnostics, Princeton, NJ | 0270-1111-04 | |
| 光刺激用レーザー | Omicron-Laserage, Germany | PhoxX 488-60 | |
| MR compatible 3 cc syringe | Harvard apparatus, Holliston, MA, USA | 59-8377 | |
| MR イメージングソフトウェア | Pixmeo | OsiriX MD 10.0 | |
| MR-Compatibleポンプ | ハーバード装置、マサチューセッツ州ホリストン、米国 | ハーバードPHD 2000 | |
| MR互換定位固定フレーム | KOPF | 1430M MRI | |
| ペリフィックスクランプスタイルカテーテルコネクタ | B-ブラウン、ベツレヘム、ペンシルベ | N / A | |
| プラスチックネジ | プラスチック 1 | 0-80 x 1/8N | ナイロンネジ |
| チタンネジ | Crist Instrument Co., Inc. | 6-YCX-0312 | セルフタッピング骨ネジ |
| Trephine | GerMedUSA | Inc,SKU:GV70-42 | |
| uPrinter SE 3Dプリンター | Stratasys, MN, USA | N/A | |
| Vitamin E Capsule | Pure Encapsulations, LLC. | DE1 | |
| 湿式滅菌吸収性ゼラチン | ファイザー社 | AZL0009034201 | ジェルフォーム |
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