두개골 창은 형질전환 마우스에서 생체 내 이미징을 허용하기 위해 유비쿼터스로 구현된 수술 기술이 되었습니다. 이 프로토콜은 두개골 창의 반자동 뼈 드릴링을 수행하고 외과 의사 간 변동성을 줄이고 열 혈액-뇌 장벽 손상을 부분적으로 완화하는 데 도움이 될 수 있는 수술 로봇의 사용을 설명합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
방법 논문
마우스의 두개골 창 수술을 위한 로봇 천공 개두술의 열 손상 평가
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
두개골 창 수술은 다광자 또는 기타 생체 내 이미징 기술을 사용하여 살아있는 마우스의 뇌 조직을 이미징할 수 있습니다. 그러나 손으로 개두술을 시행할 때 뇌 조직에 열 손상이 있는 경우가 많으며, 이는 본질적으로 수술 간에 가변적이며 개별 외과 의사의 기술에 따라 달라질 수 있습니다. 수술 로봇을 구현하면 수술을 표준화하고 수술과 관련된 열 손상을 줄일 수 있습니다. 이 연구에서는 열 손상을 평가하기 위해 수평, 점별 및 펄스 점별로 세 가지 로봇 드릴링 방법을 테스트했습니다. 수평 드릴링은 연속 드릴링 회로도를 사용하는 반면, 포인트별 드릴링은 두개골 창을 둘러싸고 있는 여러 구멍을 뚫습니다. 펄스 포인트별 드릴링 방식은 "2초 켜짐, 2초 꺼짐" 드릴링 방식을 추가하여 드릴링 사이에 냉각을 허용합니다. 정맥 주사된 Evans Blue(EB) 염료의 형광 이미징은 뇌 조직의 손상을 측정하는 반면, 시추 현장 아래에 배치된 열전대는 열 손상을 측정합니다. 열전대 결과는 수평(16.66°C ± 2.08°C) 및 점별(18.69°C ± 1.75°C) 그룹에 비해 펄스 점별(6.90°C ± 1.35°C) 그룹에서 온도 변화가 크게 감소했음을 나타냅니다. 유사하게, 펄스 점별 그룹은 수평 방법에 비해 두개골 창 드릴링 후 EB 존재가 현저히 적어 뇌의 혈관 손상이 적음을 나타냅니다. 따라서, 펄스 점별 드릴링 방법은 열 손상을 감소시키기위한 최적의 방식 인 것으로 보인다. 로봇 드릴은 훈련, 변동성을 최소화하고 열 손상을 줄이는 데 도움이 되는 유용한 도구입니다. 연구실 전반에 걸쳐 다광자 이미징의 사용이 확대됨에 따라 결과의 엄격함과 재현성을 개선하는 것이 중요합니다. 여기에서 다루는 방법은 이러한 수술 로봇을 더 잘 사용하여 현장을 더욱 발전시키는 방법을 다른 사람들에게 알리는 데 도움이 될 것입니다.
서론
두개골 창은 신경 과학, 신경 공학 및 생물학 분야 전반에 걸쳐 유비쿼터스로 사용되어 살아있는 동물의 피질을 직접 시각화하고 이미징 할 수 있습니다 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . 형질전환 마우스와 다광자 이미징의 강력한 조합은 생체 내 뇌 12,13,14,15,16,17,18에서 회로 활동 및 기타 생물학적 통찰력에 대한 매우 귀중한 통찰력을 제공했습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
모든 절차와 동물 관리 관행은 Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center Institutional Animal Care and Use Committee에 따라 검토, 승인 및 수행되었습니다.
1. 수술 로봇 하드웨어 설정
- 수술 전에 수술 로봇( 재료 표 참조) 설명서와 가이드에 따라 하드웨어와 소프트웨어를 설정하십시오. 설명서에 설명된 대로 프레임 보정을 수행합니다. 드릴이나 프레임이 움직이는 경우 정확도를 보장하기 위해 드릴을 재보정하는 것이 좋습니다.
2. 소프트웨어 준비
- 수술 소프트웨어( 재료 표 참조)로 이동하고 깨끗한 프로젝트로 시작을 선택하여 새 프로젝트를 만듭니다. 피사체를 위쪽의 마우스(Mouse )로 설정하여 사용할 드릴링 좌표를 지정합니다.
- 새 프로젝트 시작을 선택합니다.
- 여기에서 왼쪽 하단 모서리에 있는 ....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
열 평가
열 손상 가능성은 수평(그림 2A), 점별(그림 2B) 및 펄스 점별(그림 2C) 방법을 사용하여 드릴링으로 인한 기준선으로부터의 온도 변화를 측정하여 평가되었습니다. 그림 2D는 열 데이터를 얻기 위한 실험 설정을 보여줍니다. 열 평가를 위해 N = 4개의 두개골 창의 샘플 크기가 사용되었습니다. 수평 및 점별 시드 드릴링 회로도는 동일한 시드 드릴링 회로도를 사용하지만 모서리 점을 절단하는 방법에 따라 다릅니다. Pulsed point-by-point는 시드 및 에지 드릴링 부분 모두에 대해 펄스 방법을 사용합니다. 수평 방법의 경우, 시드 드릴링은 16.66 °C ± 2.08 °C의 최대 온도 변화를 보인 반면, 에지 드릴링은 9.08 °C ± 0.37 °C를 보였다........
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
EB 염료 및 이미징의 사용은 새로운 방법과 기술을 위해 뇌의 혈관 손상을 평가하는 데 간단하고 빠르며 유용합니다. 수술 로봇을 사용하든 현재 실험실에서 수행되는 방법을 확인하든, 실험적 치료의 효과와 수술 효과를 분리하고 동물 복지를 개선하기 위해 수술 방법을 검증하는 것이 중요합니다. 열전대 설정은 가열이 발생하지 않도록 드릴링 방법을 평가하는 데에도 유용합니다. 뼈 천공으로 인한 온도의 상승은 조직 손상을 유발하는 것으로 알려져 있으며, 5°C의 증가만으로도 뇌에 큰 혈관 손상을 일으킬 수 있다(32,33,34,35,36). 실험실 및 수술 기술을 개선하기 위해 여기에 설명된 방법을 활용하는 것이 좋습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 보고할 이해 상충이 없습니다. 내용은 미국 재향군인회, 국립보건원(National Institutes of Health) 또는 미국 정부의 견해를 나타내지 않습니다.
감사의 글
이 연구는 미국(미국) 재향군인회 재활 연구 개발 서비스의 Merit Review Awards GRANT12418820(Capadona) 및 GRANTI01RX003420(Shoffstall/Capadona) 및 Research Career Scientist Award # GRANT12635707(Capadona)의 지원을 받았습니다. 또한 이 작업은 국립 보건원(National Institute of Health), 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소(National Institute of Neurological Disorders and Stroke GRANT12635723)(카파도나) 및 국립 생물의학 영상 및 생명공학 연구소(National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering, T32EB004314)(카파도나/키르쉬)의 일부 지원을 받았습니다. 이 자료는 보조금 번호 GRANT12635723에 따라 National Science Foundation 대학원 연구 펠로우십이 지원하는 작업을 기반으로 합니다. 이 자료에 표현된 모든 의견, 발견, 결론 또는 권장 사항은 저자의 것이며 반드시 National Science Foundation의 견해를 반영하는 것은 아닙니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1x 인산염 완충 식염수 유형: 시약 | VWR | MRGF-6235 | For Evans Blue dilution |
| Aura 소프트웨어 유형: 도구 | 스펙트럼 기기 이미징 | Lumina 이미징 시스템용 오픈 액세스 이미징 처리 소프트웨어 | |
| Buprenorphine 유형: | 동물 시설 | ||
| 카바이드 드릴 비트에서 공급되는 약물, 0.6mm (로봇 드릴) 유형: Tool | Stoelting | 58640-1 | |
| Carprofen 유형: | 동물 시설 | ||
| Cefazolin 유형: | 동물 시설 | ||
| Evans Blue Dye 유형: 시약 | Millipore Sigma | E2129 | 1x 인산염 완충 식염수 |
| Isoflurane 유형: 약물 | 동물 시설 | ||
| IVIS Lumina II에서 출처 유형 : Tool | Perkin Elmer | CLS136334 | IVIS Lumina III는 현재 시장에서 Lumina II를 대신하고 있습니다 |
| Jenco 선형화 온도계 유형 : 도구 | Jenco | 765JF | 열전대 설정 |
| 용 Ketamine 유형 : 동물 | 에서 공급되는 | ||
유형: IVIS | Lumina III | Perkin Elmer | |
| 유형: | |||
| Neurostar Software | Stoelting | 수술 로봇 구매 | |
| Physiosuite with MouseSTAT®가 함께 제공됩니다. 맥박 산소 농도계 & 심박수 모니터 유형: Tool | Kent Scientific | PS-03 | 바이탈 모니터링에 사용 |
| PrismPlus 마우스 유형: Animal | Jackson Labortory | 031478, RRID:IMSR_JAX:031478, 수컷, ~8개월 연구에 | 사용되는 동물 |
| 전동 입체 기기용 스톨팅 드릴 및 사출 로봇 유형: Tool | Stoelting | 58640 | 입체 프레임이 있는 메인 로봇 드릴 |
| 열전대 유형: 도구 | TC Direct | 206-557 | 열전대 설정용 |
| USB-6008 다기능 I/O DAQ 유형: 도구 | National Instruments | USB-6008 | 열전대 설정용 |
| Xylazine 유형: 동물 | 시설 |
참고문헌
- Kilic, K., et al. Chronic cranial windows for long term multimodal neurovascular imaging in mice. Frontiers in Physiology. 11, 612678(2020).
- Goldey, G. J., et al. Removable cranial windows for long-term imaging in awake mice. Nature Prot....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
태그
