이 프로토콜은 경미한 외상성 뇌 손상 후 성인 마우스에서 확산되는 탈분극을 안정적으로 감지하기 위해 이미징과 전기 생리학의 조합을 보여줍니다.
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방법 논문
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이 프로토콜은 경미한 외상성 뇌 손상 후 성인 마우스에서 확산되는 탈분극을 안정적으로 감지하기 위해 이미징과 전기 생리학의 조합을 보여줍니다.
SD(Spreading Depolarizations)는 회백질을 통한 느린 전파로 인해 종종 감지되지 않는 뇌의 대규모 이벤트입니다. SD 감지는 애매할 수 있기 때문에 여러 방법을 사용하여 최적으로 확인할 수 있습니다. 이 프로토콜은 대부분의 실험실에서 안정적이고 쉽게 채택할 수 있는 방식으로 SD를 검출하기 위해 이미징과 전기생리학을 결합하는 방법을 설명합니다. SD는 외상성 뇌 손상, 뇌졸중, 지주막하 출혈, 허혈 및 편두통 전조 후에 발생합니다. 역사적으로 SD는 DC 증폭기를 사용하여 기록되었으며, 이는 느린 세포 외 이동과 고주파 활동의 우울증을 해결할 수 있습니다. 그러나 DC 증폭기는 만성 생체 내 녹음에 사용하는 것이 거의 불가능합니다. 이 프로토콜은 SD의 전파파를 감지하는 데 필요한 비침습적 이미징과 함께 고주파 우울증을 확인하기 위해 생체 내 전기생리학 기록을 위한 일반적인 AC 증폭기를 사용합니다. 이러한 방법은 뇌 손상 후 SD의 존재 또는 부재를 확인하기 위해 대부분의 실험적 접근 방식에 대해 안정적으로 채택 및/또는 수정할 수 있습니다.
확산 탈분극(SD)은 외상성 뇌 손상(TBI), 뇌졸중, 지주막하 출혈, 허혈 및 편두통 전조를 포함한 다양한 신경학적 상태와 관련이 있습니다1. SD는 뇌졸중 및 TBI에서 조직 손상의 진행과 관련이 있습니다2. 조직 손실 진행의 기저에 있는 정확한 메커니즘은 불분명합니다3,4. 그러나 SD는 ATP 의존성 나트륨-칼륨 펌프의 기능이 이온 구배를 유지하기에 부적절해지기 때문에 뉴런의 대사 요구가 충분한 산소와 포도당으로 충족되지 않을 때 발생합니다. 조직 손실에서 SD의 역할을 이해하려면 SD를 측정하고 연구할 수 있는 정확한 기술이 필요하며, 이는 과학적 지식을 발전시키는 데 매우 중요합니다. SD는 실험 설계 및/또는 기기 제한으로 인해 종종 감지되지 않을 수 있는 중요한 신경학적 사건입니다.
손상 진행에서 확산 탈분극(SD)의 역할은 현재 밝혀지고 있지만, 경미한 외상성 뇌 손상(mTBI)에서의 역할은 불분명합니다. 이 원고에 설명된 기술을 사용한 최근 연구는 명백한 조직 손상이나 출혈이 없는 경우에도 폐쇄형 두개골 mTBI 마우스 모델에서 SD가 시작됨을 보여주었습니다5, 6입니다. 이러한 연구는 SD가 급성 신경 장애와 신경 염증에 기여할 수 있음을 시사합니다. 또한 mTBI로 인한 SD의 존재는 급성 행동 결핍과 밀접한 관련이 있습니다6,7. 따라서 SD는 모든 TBI 모델에서 시작될 가능성이 높지만 확인 없이는 그 역할을 확인하기 어렵습니다. SD의 존재 여부를 확인하는 것은 mTBI의 결과를 정확하게 평가하는 데 중요합니다.
확산 탈분극(SD)은 "DC 이동"으로 알려진 세포 외 전위의 현저한 감소와 고주파 활성의 저하로 식별됩니다8. "DC shift"는 일반적으로 해결하는 데 몇 초가 걸립니다(~10초)9. "DC shift"를 캡처하려면 DC 증폭기와 은선 전극이 필요합니다. 그러나 생체 내 전기 생리학은 일반적으로 저주파 이벤트를 필터링하여 모션 아티팩트를 줄이도록 설계된 AC 증폭기를 사용하여 수행됩니다. 불행히도 이 저주파 필터링은 "DC shift"도 제거합니다. 또한 은은 독성이 있어 만성 녹음에 적합하지 않습니다. 일반적으로 사용되는 AC 증폭기는 고주파 활동의 저하를 감지할 수 있지만 수반되는 "DC 이동"이 없으면 SD의 존재를 확인하기가 어렵습니다.
확산 탈분극(SD)도 다양한 이미징 기술을 사용하여 감지할 수 있습니다. 가장 일반적으로 SD는 손상되지 않은 두개골을 통한 대뇌 혈류를 측정하는 레이저 스페클 대비 이미징으로 이미지화됩니다10. SD는 대뇌 혈관 구조와 혈류에 큰 영향을 미칩니다. 생쥐를 제외한 대부분의 종에서 SD는 SD11의 선행 가장자리와 함께 이동하는 과관류의 전파 파동을 유도합니다. SD는 칼슘 또는 글루타메이트 형광 지시자12를 사용하여 이미지화할 수도 있지만, 이를 위해서는 염료 또는 유전적으로 암호화된 형광 지시약으로 조직을 로드해야 합니다12,13. 흥미롭게도 SD는 SD14와 관련된 고유 광학 신호(iOS)로 인해 육안으로 관찰할 수 있습니다. iOS는 NAD(P)H 및 FADH와 같은 자가형광 분자로 구성된 복잡한 신호입니다15,16, 조직 팽창17 및 뇌 혈류의 잠재적 변화. 복잡성에도 불구하고 iOS 신호는 신뢰할 수 있으며 야생형 마우스에서 캡처할 수 있습니다18. 이 프로토콜은 특수 바이러스나 형질전환 동물 없이도 모든 실험실에서 구현할 수 있기 때문에 iOS 이미징 방법을 설명합니다.
이 방법의 전반적인 목표는 동시 이미징 및 전기 생리학을 사용하여 경미한 외상성 뇌 손상(mTBI) 후 확산 탈분극(SD)의 존재 여부를 실험적으로 확인하는 것입니다. 고급 증폭기에 의해 촉진되는 생체 내 전기 생리학은 일반적으로 사용되는 기술입니다. 그러나, 이러한 증폭기는 특징적인 "DC shift"를 검출할 수 없다.따라서, 이 프로토콜에 기술된 바와 같은 이미징 기술은 SD의 존재 또는 부재를 자신 있게 확인하기 위해 채택된다. 이미징과 전기생리학을 결합하는 것의 장점은 이미징은 SD의 전파를 감지할 수 있는 반면, 전기생리학은 관련된 고주파 우울증을 식별할 수 있다는 것입니다.
전반적으로 이 방법은 외상성 뇌 손상(TBI) 후 확산 탈분극(SD)의 존재를 조사하는 데 적합합니다. 이 응용 프로그램은 TBI 및 SD 후 피질 네트워크 기능에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 이 프로토콜은 닫힌 두개골 충격 모델에서 제어된 피질 충격, 유체 타악기 또는 체중 감소와 같은 다른 모델로 조정할 수 있습니다. 여러 실험실에서 이 프로토콜을 구현하면 다양한 TBI 중증도에서 SD의 역할을 설명할 수 있습니다. 확립된 모든 TBI 모델을 사용할 수 있으며, 이어서 이 프로토콜에 설명된 iOS 이미징 및 전기 생리학 절차를 사용할 수 있습니다.
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모든 절차는 뉴멕시코 대학의 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)에 따라 수행되었습니다. C57BL/6J 마우스는 상용 공급원에서 얻었습니다. 동일한 수의 수컷과 암컷 마우스가 8-14 주의 연령 범위 내에서 사용되었습니다. 모든 마우스의 무게는 약 20g이었습니다. 이 연구에 사용된 동물, 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다. 보충 파일 1에는 약어 목록이 포함되어 있습니다.
1. 이미징 및 전기 생리학을 위한 두개골 준비
2. 고유 광 신호(iOS) 이미징 및 AC-전기생리학으로 확산 탈분극 감지
3. iOS 이미지 시각화 및 수량화
4. 전기생리학 분석
참고: 전기생리학 데이터를 시각화하고 분석하는 데 Buzsaki 연구실의 전문 지식과 MATLAB에서 생성한 코드를 많이 활용하는 것이 좋습니다. 분석을 위해서는 GitHub(https://github.com/buzsakilab/buzcode)를 통해 기관 활성화 코드 및 Buzsaki lab "Buzcode" zip 파일이 포함된 MATLAB을 다운로드해야 합니다.
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그림 1은 실험 설정의 도식적 표현을 보여줍니다. 기록용 두개골 나사는 일차 시각 피질에 배치하며, 하나의 두개골 나사 전극은 접지 전극으로서 소뇌 충부에 배치합니다. 두개골 나사와 금 핀은 cyanoacrylate 접착제와 치과용 시멘트를 사용하여 두개골에 고정합니다. 충격 및 영상 촬영 공간을 확보하기 위해 치과용 시멘트를 두개골의 미측 부분으로 제한하는 것이 중요합니다. 정중선에 중심을 두고 bregma에서 吻측으로 약 1 mm 떨어진 충격 위치가 그림 1에 표시되어 있습니다.
대표적인 내인성 광학 신호(iOS) 이미지가 그림 2A에 나와 있습니다. 확산성 탈분극(SD)의 시각화를 강화하기 위해 그레이스케일 이미지를 Fire Lookup Table을 사용하여 변환합니다. iOS는 NAD(P)H, FADH 및 조직 반...
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확산 탈분극은 외상성 뇌손상(TBI), 뇌졸중 및 편두통을 포함한 다양한 질병 모델에서 중요합니다1. SD의 정확한 검출은 경미한 외상성 뇌 손상(mTBI)23,24 후 급성 행동 결손 및/또는 신경면역 체계 활성화에서의 역할을 이해하는 데 필수적입니다. 단일 방법을 사용할 때 SD 누락 위험을 완화하려면 SD의 효과적인 시각화 및 기록을 위한 다중 방법 접근 방식이 필요합니다.
기술을 결합하면 확산 탈분극(SD)을 확인할 수 있지만 각 기술에는 잠재적인 함정이 있을 수 있습니다. 이 프로토콜에 설명된 이미징 기술은 대부분의 실험실에서 액세스할 수 있으며 Zepeda와 동료들이 자세히 설명합니다25. 불투명한 창은 결정적이지 않은 이미지로 이어질 수 있으므로 두개골 창의 준비는 매우 중요합니...
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이 작업은 NIGMS P20GM109089 및 국방부 PR200891 보조금의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| #00-90 x .118 기계 나사 | US 마이크로 나사 | 00.90-118-M-SS-P, 아마존 | |
| 0.8 mm 지름 드릴 비트 | PCB 드릴 비트 | WYTP21, 아마존 | |
| 16-A 헤드스테이지 | 인탄 | C3335 | |
| 2.1 mm 버 마이크로 드릴 비트 | Fine Science Tools | 19007-21 | |
| AC 증폭기 | Intan | RHD 녹음 시스템 | |
| C57BL/6J 마우스 | 잭슨 연구소 | Jax#000664 | |
| CCD 카메라 | Mightex | TCE-1304-U | |
| 확장 렌즈 | Zeikos | ZE-ETN | |
| Ethiqa XR (느린 방출 부프레노르핀) | Midwest Veterinary Supply | 제품 번호 267.10000.3 | |
| 골드 커넥터 핀(암) | A-M Systems | 520100 | |
| 골드 커넥터 핀(수) | A-M Systems | 520200 | |
| ImageJ2/Fiji | Image J | NA | |
| Impactor One | Leica | 39463930 | |
| LED 패널 보드 | Supon | L122t | |
| MATLAB | MathWorks | 기관 또는 개별 활성화 코드 | |
| 의료 등급 시아 노 아크릴 레이트 접착제 | MasterBond | MB287 | |
| 마이크로 매니저 카메라 소프트웨어 | 이미지 J | NA | |
| 네일 드릴 / 폴리 셔 | Makartt 네일 드릴 전기 네일 파일 | JD700 | |
| 옴네틱 커넥터 | Omnetics | A79014-001 | |
| RHX 데이터 수집 소프트웨어 | Intan | NA | |
| 스테인리스 스틸 코팅되지 않은 와이어 (0.005") | A-M 시스템 | 792800 | |
| 스테레오택시 프레임 | Kopf Intruments | 1923-B | |
| Teets 'cold cure' 치과용 시멘트 | A-M 시스템 | 525000, 526000 | |
| XLR 카메라 렌즈 | 니콘 | NIKKOR 50mm f/1.8-16 |
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