발달 단계에 걸쳐 맞춤화 가능한 확장 가능한 뇌 매트릭스 제작

켄터키 렉싱턴에 위치한 채프먼 대학교 동료들이 개발기 단계별로 맞춤화 가능한 확장 가능한 뇌 매트릭스 제작. 돼지 새끼 뇌의 발달은 여러 면에서 인간의 뇌와 매우 유사합니다. 쥐와 생쥐와 비교했을 때, 돼지 뇌 무게 비율은 태어날 때부터 성숙기까지의 비가 인간과 훨씬 가깝고, 돼지와 인간 뇌회, 두뇌의 기능 영역도 매우 유사합니다.

이러한 이유로 돼지와 다른 대형 포유류의 신경과학 연구에서 활용이 증가하고 있습니다. 하지만 대형 포유류용 상업용 뇌 매트릭스는 비용이 많이 들고, 선택지는 종종 단일 크기나 단면 형태로 제한됩니다. 따라서 상업용 매트릭스는 수컷과 암컷 균주, 연령에 따라 적합하지 않을 수 있습니다.

이는 특히 뇌 크기가 출생 후 성장에 따라 크게 변하는 발달 신경과학 연구에 있어 문제적입니다. 예를 들어, 새끼 돼지 뇌는 처음 3개월 동안 빠르게 성장하여 부피가 3배 이상 증가합니다. 상업용 돼지 뇌 매트릭스는 생후 2주까지의 돼지 뇌를 맞추도록 설계되었습니다.

여기서는 비용 효율적이고 구현이 쉬운 해결책인 아크릴 판 기반의 맞춤형 매트릭스 빌딩 방법을 소개합니다. 이 실험을 위해 네 마리의 순진한 4일 된 돼지가 확보되었다. 한 개는 생후 5일, 두 개는 32일, 한 개는 38일에 뇌 채취에 사용되었습니다.

두개골에서 뇌를 제거한 후, 뇌는 10% 완충 포르말린에 2일간 담그된 후 30% 자당 용액에 5일간 냉동 보존을 위해 보관되었다. 다음으로는 아가로스 젤을 사용해 뇌 주형을 만드는 방법을 소개할 것입니다. 매트릭스를 만드는 첫 단계는 뇌의 틀을 만드는 것입니다.

우리는 산후 5일째 돼지 뇌의 몰드를 만드는 과정을 설명할 것이며, 이를 이용해 시상 매트릭스를 만들 것입니다. 유리 용기 바닥에 튼튼한 플라스틱 조각을 놓고, 양 끝이 용기 가장자리 밖으로 나오도록 하세요. 이 스트립은 아가로스 블록 추출을 더 쉽게 만들어 줍니다.

용기를 젖은 얼음 양동이에 반쯤 담가세요. 유리 비커에 PBS 150밀리리터를 90도 섭씨까지 가열하고 아가로스 6그램을 계속 저어줍니다. 4% 아가로스 용액을 천천히 부어 용기 바닥에 0.5cm에서 1cm 두께의 층을 만들고 고체화시키세요.

아가로오스가 뇌 표면에 결합하거나 설문에 갇히는 것을 막기 위해 뇌 전체를 얇은 미네랄 오일층으로 코팅하세요. 오일 덕분에 아가로스 젤에서 뇌를 제거하는 것도 훨씬 수월해집니다. 코팅이 완료되면 뇌를 관상이나 시상 몰드에 적합한 방향으로 얇은 아가로스 층 위에 최대한 곧고 직선으로 놓습니다.

아가로스 용액을 50도까지 식히면서 계속 저어 부을 수 있는 점도를 유지하세요. 그 후 아가로스 용액을 뇌 위에 부어 완전히 박히게 합니다. 아가로오스가 실온에서 굳어지도록 하세요.

뇌 윤곽을 따라 외과적 프로브로 뇌 위의 아가로스 층을 절단합니다. 뇌 주변을 절개한 후 얇은 주걱으로 아가로스 표면을 부드럽게 떼어내세요. 이 과정에서 뇌를 베거나 다치지 않도록 주의하세요.

틀에서 뇌 전체를 부드럽게 꺼내세요. 광유가 표면에 바르기 때문에 비교적 쉽게 나올 거예요. 인상에 떨어진 아가로스 젤 조각은 반드시 제거하세요.

비커에 PBS 98밀리리터를 9도 섭씨로 가열하고, 아가로스 4그램과 인도 잉크 2밀리터를 추가하세요. 잘 저어. 이 검은 아가로스 용액을 뇌가 만든 인상에 부으면서, 인상이 넘치지 않도록 주의하세요.

검은 젤이 굳어지도록 두세요. 플라스틱 스트립 양 끝을 잡고 아가로스 블록 전체를 용기에서 들어 올립니다. 이제 매트릭스용 템플릿 플레이트를 만드는 방법을 설명하겠습니다.

뇌 몰드를 자르려면, 두 개의 76밀리미터 투명 아크릴 판 사이에 한 장의 저울지를 놓고 테이블 가장자리 가까이에 놓으세요. 그 다음 클램프로 네 개의 모서리 정사각형과 두 개의 아크릴 판을 고정하여 아가로스 블록을 원하는 방향으로 단단히 고정할 수 있는 두 벽을 만듭니다. 두 개의 금속 모서리 사각형과 두 개의 수직 아크릴 판의 앞 가장자리는 스케일 종이의 한쪽 면에 정렬되어야 합니다.

아가로스 젤 블록을 잘라낼 가장자리가 스케일 종이와 수직 아크릴 판과 모서리 정사각형의 가장자리와 일치하도록 놓고, 아가로스 블록의 반대편에 무게추를 올려 고정합니다. 남는 부분은 다 잘라내고, 인도 잉크 뇌 주형이 거의 자르기 직전까지. 예를 들어, 아래 저울 종이에 표시된 표시를 이용해 원하는 단계, 예를 들어 2밀리미터 또는 5밀리미터 단위로 아가로스 블록을 앞으로 이동시킵니다.

칼날을 양손으로 단단히 잡고 아크릴 판과 모서리 모서리 앞 가장자리를 따라 블록을 자르세요. 각 조각을 두 번째 스케일 종이에 올려놓고 단단히 눌러 인상을 종이에 옮기세요. 펜으로 전체 조각의 윤곽을 그려보세요.

절단 부위를 제거하고 인도 잉크로 식별된 뇌 윤곽을 윤곽 그려내세요. 예를 들어, 시상면 절면의 경우 첫 번째 단면의 방향을 주목하고, 추가 젤 조각이 종이에 추가될 때도 일정하게 유지하세요. 각 번호를 순차적으로 추적하세요.

아크릴 판을 10 x 8 1/2센티미터로 잘라내세요. 그 후 쌓아 코너 스퀘어와 클램프로 드릴 프레스 단계에 고정하세요. 원고에 표시된 좌표로 더미에 구멍 세 개를 뚫으세요.

아크릴 플레이트의 보호 필름을 제거하세요. 그 다음 아크릴 판을 축척지 위에 템플릿 위에 올려놓고, 아크릴 판 선의 윗부분을 템플릿의 윗가장자리에 맞춥니다. 영구 마커로 뇌의 윤곽을 아크릴 판에 그려보세요.

각 플레이트에 템플릿이나 뇌 추적 번호와 일치하도록 라벨을 붙이세요. 밴드쏘를 사용해 복사한 템플릿 선을 따라 각 판을 잘라냈습니다. 또는 목각 팁이 달린 회전 도구를 사용해 원치 않는 부분을 제거할 수도 있습니다.

날카로운 모서리가 절단 과정에서 뇌에 손상될 수 있으니, 연마 샌딩 팁이 달린 회전 도구로 가장자리를 매끄럽게 닦으세요. 아크릴 판을 템플릿 위에 올려놓아 절단 정확도를 다시 확인하세요. 필요에 따라 다듬고 광내세요.

다음으로, 판 조립 과정을 설명하겠습니다. 매트릭스를 순서대로 쌓아 미리 조립하고 판의 정렬을 점검합니다. 매트릭스 조립은 첫 번째 아크릴 플레이트에 세 개의 긴 스테인리스 스틸 볼트를 끼우고, 각 나사에 와셔를 붙이는 것으로 시작합니다.

두 번째 플레이트를 놓고 각 나사에 와셔를 추가하세요. 또는 각 조립 과정에서 와셔를 개별적으로 추가하지 않아도 되도록 고정 구멍 주위에 순간접착제를 붙일 수도 있습니다. 이 과정을 반복하여 모든 플레이트가 볼트에 순차적으로 추가될 때까지 반복합니다.

각 볼트에 너트로 모든 부품을 조이세요. 뇌를 향한 가장자리를 마지막으로 연마하여 판에서 판으로 더 부드럽게 전환할 수 있도록 하세요. 아크릴 판의 윗부분을 색칠할 때 색상을 번갈아 칠해 슬라이스를 훨씬 쉽게 하세요.

여기서는 검은색, 빨간색, 그리고 표시 없는 번호판을 번갈아 사용했습니다. 마지막으로, 관상면 또는 시상면에서 뇌를 절단하는 과정을 시연할 것입니다. 뇌를 절단하려면 성형 과정과 같은 방향으로 매트릭스 안에 최대한 곧게 넣어야 합니다.

뇌를 자르려면 넓고 평평한 칼날이 필요합니다. 넓은 칼날은 절단 시 비틀림이나 휘어짐을 제한합니다. 우리는 고프로파일 크라이오스탯 블레이드를 추천합니다.

안전을 위해 칼날 한쪽 끝 약 2센티미터 길이를 실험실 테이프로 감아 뇌를 절단할 때 감긴 끝을 안전하게 고정할 공간을 만드세요. 여기서 주의할 점이 있습니다. 포르말린 고정 후 뇌의 각 부위는 서로 다른 조직을 가지므로, 칼날에 고르게 압력을 가하는 데 주의가 필요합니다.

게다가 새끼 돼지의 뇌는 크기 때문에 직접적인 누르는 절단보다 절단 동작으로 뇌를 자르는 것이 더 낫습니다. 칼날은 한쪽에서 다른 쪽으로 끊임없이 힘으로 당겨져야 하며, 뇌 전체를 베어낼 만큼 충분히 깊게 내려가야 합니다. 모든 조각을 PBS가 채워진 6웰 플레이트나 스테인리스 트레이에 넣으세요.

조각을 조심스럽게 쟁반에 놓고, 조각 순서와 방향을 유지한 뒤 보존하거나 필요에 따라 진행하세요. 기하학을 조정하거나 뇌에 더 잘 맞도록 내동을 확장하기 위해, 선택된 아크릴 판을 제거하거나 추가하여 매트릭스를 다른 뇌 크기에 맞게 조정할 수 있습니다. 여기서는 P5 새끼 돼지 뇌를 위해 만들어진 시상 매트릭스의 확장을 보여드리며, 여기서는 파란색과 초록색으로 표시된 여러 판을 매트릭스 중간 부분에 추가합니다.

이 매트릭스는 이제 P38 새끼 돼지의 시상 절절 수술에 적합하다. 매트릭스 크기를 확장하거나 줄일 수 있는 능력은 매트릭스의 유연성을 크게 높이고 재료와 노력을 절약할 수 있습니다. 코로나 절개와 마찬가지로, 연속된 판을 사용해 시상면에서 뇌를 조심스럽게 절단하여 칼날을 안내합니다.

색상 코드 시스템은 얇은 조각에서는 칼날의 올바른 순서 위치를 식별하는 데 도움을 줍니다. 뇌를 매트릭스에서 떼어내고 조각을 부드럽게 벌려 주세요. 결론적으로, 우리는 신생아 새끼 돼지들을 위한 뇌 매트릭스를 만들기 위한 쉽고 비용 절감적이며 유연한 방법을 개발했습니다.

이 개념은 나이 든 돼지와 다른 대형 동물 모델에도 적용할 수 있습니다.