Dit protocol beschrijft een methode voor het verkrijgen van stabiele resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) gegevens van een rat met lage dosis isofluraan in combinatie met lage dosis dexmedetomidine.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol beschrijft een methode voor het verkrijgen van stabiele resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) gegevens van een rat met lage dosis isofluraan in combinatie met lage dosis dexmedetomidine.
Resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) is een steeds populairdere methode geworden om de hersenfunctie te bestuderen in een rustende, niet-taaktoestand. Dit protocol beschrijft een preklinische overlevingsmethode voor het verkrijgen van rs-fMRI-gegevens. Het combineren van lage dosis isofluraan met continue infusie van de α2 adrenerge receptor agonist dexmedetomidine biedt een robuuste optie voor stabiele, hoogwaardige gegevensverzameling met behoud van de hersennetwerkfunctie. Bovendien zorgt deze procedure voor spontane ademhaling en bijna normale fysiologie bij de rat. Extra beeldvormingssequenties kunnen worden gecombineerd met resting-state acquisitie en creëren experimentele protocollen met een verdovingsstabiliteit van maximaal 5 uur met behulp van deze methode. Dit protocol beschrijft de opstelling van apparatuur, monitoring van rattenfysiologie tijdens vier verschillende fasen van anesthesie, verwerving van rusttoestandscans, kwaliteitsbeoordeling van gegevens, herstel van het dier en een korte bespreking van nabewerkingsgegevensanalyse. Dit protocol kan worden gebruikt in een breed scala van preklinische knaagdiermodellen om de resulterende veranderingen in het hersennetwerk die in rust optreden te onthullen.
Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) is een maat voor het bloed-zuurstof-niveau-afhankelijke (BOLD) signaal wanneer de hersenen in rust zijn en niet betrokken zijn bij een bepaalde taak. Deze signalen kunnen worden gebruikt om correlaties tussen hersengebieden te meten om de functionele connectiviteit binnen neurale netwerken te bepalen. rs-fMRI wordt veel gebruikt in klinische studies vanwege de niet-invasiviteit en de lage hoeveelheid inspanning die van patiënten wordt vereist (in vergelijking met taakgebaseerde fMRI) waardoor het optimaal is voor diverse patiëntenpopulaties1.
Dankzij de technologische vooruitgang kon rs-fMRI worden aangepast voor gebruik in knaagdiermodellen om mechanismen aan het licht te brengen die ten grondslag liggen aan ziektetoestanden (zie referentie2 voor beoordeling). Preklinische diermodellen, waaronder ziekte- of knock-outmodellen, maken een breed scala aan experimentele manipulaties mogelijk die niet van toepassing zijn op mensen, en studies kunnen ook gebruik maken van postmortale monsters om experimenten verder te verbeteren2. Niettemin, vanwege de moeilijkheid in zowel het beperken van beweging als het verminderen van stress, wordt MRI-acquisitie bij knaagdieren traditioneel uitgevoerd onder anesthesie. Verdovende middelen, afhankelijk van hun farmacokinetiek, farmacodynamica en moleculaire doelen, beïnvloeden de hersenbloedstroom, het hersenmetabolisme en beïnvloeden mogelijk neurovasculaire koppelingsroutes.
Er zijn talrijke inspanningen geleverd om verdovingsprotocollen te ontwikkelen die neurovasculaire koppeling en hersennetwerkfunctie3,4, 5,6,7,8behouden . We meldden eerder een verdovingsschema dat een lage dosis isofluraan toepaste samen met een lage dosis van de α2 adrenerge receptoragonist dexmedetomidine9. Ratten onder deze anesthesiemethode vertoonden robuuste BOLD-reacties op snorharenstimulatie in regio's die consistent waren met vastgestelde projectieroutes (ventrolaterale en ventromediale thalamische kernen, primaire en secundaire somatosensorische cortex); grootschalige rusttoestand hersennetwerken, waaronder de standaardmodus netwerk10,11 en salience netwerk12 zijn ook consequent gedetecteerd. Bovendien maakt dit verdovingsprotocol herhaalde beeldvorming bij hetzelfde dier mogelijk, wat belangrijk is voor het monitoren van de ziekteprogressie en het effect van experimentele manipulaties in de lengterichting.
In deze studie beschrijven we de experimentele opzet, de voorbereiding van dieren en de fysiologische monitoringprocedures. In het bijzonder beschrijven we de specifieke verdovingsfasen en het verkrijgen van scans tijdens elke fase. De gegevenskwaliteit wordt beoordeeld na elke resting-state scan. Een korte samenvatting van de analyse na de scan is ook opgenomen in de discussie. Laboratoria die geïnteresseerd zijn in het blootleggen van het potentieel van het gebruik van rs-fMRI bij ratten zullen dit protocol nuttig vinden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle experimenten werden uitgevoerd op een 9.4 T MRI-scanner en werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van Dartmouth College. Aanvullende goedkeuring werd verkregen om de dieren die in de onderstaande video en cijfers worden gebruikt, vast te leggen en weer te geven.
1. Voorbereidingen voor het scannen
2. Fase 1 anesthesie: Dierlijke inductie en voorbereiding
3. Fase 2 anesthesie: Dierlijke opstelling
4. Fase 3 anesthesie: Anatomische scan acquisitie
5. Fase 4: Resting-state scan acquisitie
6. Herstel na de scan
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Na elke resting-state scan wordt de stabiliteit beoordeeld met behulp van een onafhankelijke componentanalyse (ICA; voorbeeldscript opgenomen in Aanvullende bestanden). Figuur 6 toont voorbeelden van componentuitvoer van resting-state scans. Figuur 6a toont een signaalcomponent van een scan met hoge stabiliteit. Merk op dat het onderdeel ruimtelijk een hoge regionaliteit heeft. Binnen de tijdsverloop onder de ruimtelijke component is het signaal...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Stabiliteit van het dier, zowel fysiek als fysiologisch, is de sleutel tot het verkrijgen van hoogwaardige rusttoestandgegevens. Dit protocol bereikt stabiliteit door vier verschillende fasen van anesthesie te doorlopen. Het is absoluut noodzakelijk dat het dier de vastgestelde fysiologische drempels heeft gehaald voordat het naar de volgende fase van anesthesie gaat; aangezien deze methode afhankelijk is van fysiologische autoregulerende mechanismen, kunnen individuele dieren bij elke anesthesiefase enigszins verschille...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Dit werk werd ondersteund door financiering van het National Institute of Health (NIH)'s National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, and EMB were supported by Grant R21DA044501 awarded to Alan I. Green and DJW was supported by Grant T32DA037202 to Alan J. Budney] and the National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413]. Aanvullende steun werd verleend via het begiftigde fonds van Alan I. Green als raymond Sobel professor in de psychiatrie in Dartmouth.
Hanbing Lu wordt ondersteund door het National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
De auteurs willen wijlen Alan I. Green erkennen en bedanken. Zijn niet aflatende toewijding aan het gebied van co-voorkomende aandoeningen hielp om samenwerking tussen de auteurs tot stand te brengen. We danken hem voor zijn mentorschap en begeleiding, die zeer gemist zullen worden.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 9.4T MRI | Varian/Bruker | Varian geüpgraded met Bruker console met Paravision 6.0.1 software | |
| Air-Oxygen Mixer | Sechrist | Model 3500CP-G | |
| Analysis of Functional NeuroImages (AFNI) | NIMH/NIH | Version AFNI_18.3.03 | Vrij beschikbaar op: https://afni.nimh.nih.gov/ |
| Animal Cradle | RAPID Biomedical | LHRXGS-00563 | Rattenhouder met beetbalk, neuskoker en oorstaven |
| Animal Physiology Monitoring & Gating System | SAII | Model 1025 | MR-compatibel systeem inclusief zuurstofverzadiging, temperatuur, ademhaling en add-on voor vezeloptische pulsoximetrie |
| Antisedan (atipamezole hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-867-7097 | Zoetis, fabrikant artikelnummer #10000449 |
| Ceramic MRI-Safe Scissors | MRIequip.com | MT-6003 | |
| Clippers | Patterson Veterinary | 07-882-1032 | Wahl touch-up trimmer combo kit, fabrikant artikelnummer #09990-1201 |
| Dexmedesed (dexmedetomidine hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-893-1801 | Dechra Veterinary Products, fabrikant artikelnummer #17033-005-10 |
| Digital Rectal Thermometer Covers | Medline | MDS9608 | |
| FMRIB Software Library | FMRIB | MELODIC Version 3.15 | Vrij beschikbaar op: https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki |
| Heating Pad | Cara Inc. | Model 50 | |
| Hemostat forceps, straight | Kent Scientific | INS750451-2 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | Patterson Private Label, fabrikant artikelnummer #14043-0704-06 |
| Isoflurane Vaporizer | VetEquip Inc. | 911103 | |
| Lab Tape, 3/4" | VWR International | 89097-990 | |
| Needles, 23 gauge | BD | 305145 | Plastiek kern verwijderd |
| Parafilm Laboratory Film | Patterson Veterinary | 07-893-0260 | Medline Industries Inc., fabrikant artikelnummer #HSFHS234526A |
| Planar Surface Coil | Bruker | T12609 | 2cm |
| Polyethylene Tubing | Braintree Scientific | PE50 50FT | 0.023" (binnendiameter), 0.038" (buitendiameter) |
| Puralube Ophthalmic Ointment | Patterson Veterinary | 07-888-2572 | Dechra Veterinary Products, fabrikant artikelnummer #211-38 |
| Sprague Dawley Rats | Charles River | 400 SAS SD | |
| Sterile 0.9% Saline Solution | Patterson Veterinary | 07-892-4348 | Aspen Vet, fabrikant artikelnummer #14208186 |
| Sterile Alcohol Prep Pads | Medline | MDS090735 | |
| Surgical Tape, 1" (3M Durapore) | Medline | MMM15381Z | 3M Healthcare, "wide medical tape" |
| Surgical White Paper Tape, 1/2" (3M Micropore) | Medline | MMM15300 | 3M Healthcare |
| Syringes, 1 mL w/ 25 gauge needle | BD | 309626 | |
| Syringes, 3 mL | BD | 309657 | |
| Vented induction and scavenging system | VetEquip Inc. | 942102 | 2 liter inductiekamer met actieve afvoer |
| 411724 | omega flowmeter | ||
| 931600 | afvoer kubus, "vacuüm" | ||
| 921616 | neuskoker, niet-herademend |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen