Methodenartikel

Het combineren van beeldvorming en elektrofysiologie om verspreidende depolarisaties bij muizen te visualiseren en te registreren

DOI:

10.3791/67032

⸱

4 oktober 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosciences and The Center for Brain Recovery and Repair, University of New Mexico School of Medicine

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit protocol toont de combinatie van beeldvorming en elektrofysiologie om betrouwbaar verspreidende depolarisaties in volwassen muizen na een lichte traumatische hersenbeschadiging te detecteren.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spreidende Depolarisaties (SD's) zijn enorme gebeurtenissen in de hersenen die vaak onopgemerkt blijven vanwege hun langzame voortplanting door grijze stof. Omdat SD-detectie moeilijk kan zijn, wordt het optimaal bevestigd met behulp van meerdere methoden. Dit protocol beschrijft methoden voor het combineren van beeldvorming en elektrofysiologie om SD's te detecteren op een manier die de meeste laboratoria betrouwbaar en eenvoudig kunnen toepassen. SD's treden op na traumatisch hersenletsel, beroerte, subarachnoïdale bloedingen, ischemie en migraine-aura. Historisch zijn SD's opgenomen met behulp van DC-versterkers, die de langzame extracellulaire verschuiving en de depressie in hogefrequentieactiviteit kunnen oplossen. Echter, DC-versterkers zijn bijna onmogelijk te gebruiken voor chronische in vivo opnames. Dit protocol gebruikt een gewone AC-versterker voor in vivo elektrofysiologische opnames om de depressie met hoge frequentie te bevestigen, samen met niet-invasieve beeldvorming die noodzakelijk is om de voortplantende golf van SD te detecteren. Deze methoden kunnen betrouwbaar worden toegepast en/of aangepast voor de meeste experimentele benaderingen om de aanwezigheid of afwezigheid van SD's na hersenletsel te bevestigen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spreading depolarisaties (SD's) worden geassocieerd met verschillende neurologische aandoeningen, waaronder traumatisch hersenletsel (TBI), beroerte, subarachnoïdale bloedingen, ischemie en migraine-aura1. SD's zijn betrokken bij de progressie van weefselbeschadiging bij beroertes en TBI's2. Het exacte mechanisme achter de progressie van weefselverlies blijft onduidelijk3,4. Echter, SD's treden op wanneer de metabolische behoeften van neuronen niet worden gedekt door voldoende zuurstof en glucose, omdat de functie van de ATP-afhankelijke natrium-kaliumpomp ontoereikend wordt om ionengradienten te handhaven. Om de rol van SD's bij weefselverlies te begrijpen, zijn precieze technieken nodig om ze te meten en te bestuderen, wat cruciaal is voor het bevorderen van wetenschappelijke kennis. SD's zijn belangrijke neurologische gebeurtenissen die vaak onopgemerkt blijven vanwege beperkingen in experimenteel ontwerp en/of instrumentatie.

De rol van spreading depolarisaties (SD's) bij de progressie van verwondingen wordt momenteel onderzocht, maar hun rol bij milde traumatisch hersenletsel (mTBI's) blijft onduidelijk. Recente studies met behulp van de technieken die in dit manuscript worden beschreven, hebben aangetoond dat SD's worden geïnitieerd in muismodellen met gesloten schedel mTBI, zelfs wanneer er geen overduidelijk weefselbeschadiging of bloeding is5,6. Deze studies suggereren dat SD's kunnen bijdragen aan acute neurologische beperkingen en neuro-ontsteking. Bovendien is de aanwezigheid van mTBI-geïnduceerde SD's nauw verbonden met acute gedragsdeficiënten6,7. Daarom is het waarschijnlijk dat SD's worden geïnitieerd in alle TBI-modellen, maar hun rol blijft moeilijk vast te stellen zonder bevestiging. Het bevestigen van de aanwezigheid van SD's is cruciaal voor het nauwkeurig beoordelen van de uitkomsten van mTBI's.

Spreading depolarisaties (SD's) worden geïdentificeerd door een significante daling van het extracellulaire potentieel, bekend als de "DC-verschuiving," en door een onderdrukking van hogefrequentieactiviteit8. De "DC-verschuiving" duurt meestal seconden om zich op te lossen (~10 s)9. Om de "DC-verschuiving" vast te leggen, zijn een DC-versterker en zilverdraadelektroden vereist. Echter, in vivo elektrofysiologie wordt meestal uitgevoerd met AC-versterkers, die zijn ontworpen om laagfrequente gebeurtenissen te filteren om bewegingsartefacten te verminderen. Helaas verwijdert deze laagfrequente filtering ook de "DC-verschuiving." Bovendien is zilver giftig en ongeschikt voor chronische opnames. Gewoonlijk gebruikte AC-versterkers kunnen de onderdrukking van hogefrequentieactiviteit detecteren, maar zonder de bijbehorende "DC-verschuiving," is het bevestigen van de aanwezigheid van een SD een uitdaging.

Spreading depolarisaties (SD's) kunnen ook worden gedetecteerd met behulp van verschillende beeldvormingstechnieken. Meestal worden SD's beeldvormd met laser speckle contrast beeldvorming, die de cerebrale bloedstroom door de intacte schedel meet10. SD's hebben een significante invloed op de cerebrale vaatbundel en de bloedstroom. Bij de meeste soorten, behalve muizen, induceren SD's een voortplantende golf van hyperperfusie die met de voorste rand van de SD reist11. SD's kunnen ook worden beeldvormd met behulp van calcium- of glutamaatfluorescente indicatoren12, hoewel dit vereist dat weefsel wordt geladen met kleurstoffen of genetisch gecodeerde fluorescente indicatoren12,13. Interessant is dat SD's kunnen worden waargenomen met het blote oog vanwege intrinsieke optische signalen (iOS) die geassocieerd zijn met de SD14. iOS zijn complexe signalen die bestaan uit autofluorescente moleculen zoals NAD(P)H en FADH15,16, weefselzwelling17 en mogelijke veranderingen in de cerebrale bloedstroom. Ondanks hun complexiteit zijn iOS-signalen betrouwbaar en kunnen ze worden vastgelegd bij wild-type muizen18. Dit protocol beschrijft de methode voor het beeldvormen van iOS omdat deze techniek in elk lab kan worden geïmplementeerd zonder de noodzaak van gespecialiseerde virussen of transgene dieren.

Het algemene doel van deze methode is om experimenteel de aanwezigheid of afwezigheid van een spreading depolarisatie (SD) na een mild traumatisch hersenletsel (mTBI) te bevestigen met behulp van gelijktijdige beeldvorming en elektrofysiologie. In vivo elektrofysiologie, vergemakkelijkt door geavanceerde versterkers, is een veelgebruikte techniek. Echter, deze versterkers zijn niet in staat om de karakteristieke "DC-verschuiving" te detecteren. Daarom worden beeldvormingstechnieken, zoals beschreven in dit protocol, gebruikt om met vertrouwen de aanwezigheid of afwezigheid van SD's te bevestigen. Het voordeel van het combineren van beeldvorming en elektrofysiologie is dat beeldvorming de voortplanting van de SD kan detecteren, terwijl elektrofysiologie de geassocieerde onderdrukking van hogefrequentie kan identificeren.

Over het algemeen is deze methode geschikt voor het onderzoeken van de aanwezigheid van spreading depolarisaties (SD's) na een traumatisch hersenletsel (TBI). De toepassing ervan zou het begrip van de corticale netwerkfunctie na TBI en SD's kunnen verbeteren. Dit protocol kan worden aangepast van een gesloten schedel impactmodel naar andere modellen, zoals gecontroleerde corticale impact, vloeistof per

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met het Institute's Animal Care and Use Committee (IACUC) aan de University of New Mexico. C57BL/6J muizen werden verkregen van een commerciële bron. Er werden gelijke aantallen van mannelijke en vrouwelijke muizen gebruikt binnen de leeftijdscategorie van 8-14 weken. Alle muizen wogen ongeveer 20 g. Details van de dieren, reagentia en apparatuur die in dit onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de Tabel van materialen. Aanvullende bestand 1 bevat de lijst met afkortingen.

1. De schedel voorbereiden voor beeldvorming en elektrofysiologie

  1. Verdoofd het dier in een isofluraan inductiebox met 2%-3% isofluraan in 100% zuurstof, waarbij u de juiste anesthesiegradiënt controleert zonder dat het dier reageert op een klauwknijpen.
  2. Dier vooroperatief pijnstillers toedienen (Slow-release Buprenorfine, 3,25 mg/kg, SQ) voordat het dier in een stereotactische frame wordt geplaatst en de anesthesie wordt gehandhaafd (2% isofluraan).
  3. Voeg oogzalf toe en houd de lichaamstemperatuur van het dier op peil met een verwarmingskussen dat feedback van de lichaamstemperatuur heeft.
  4. Scheer het haar boven de schedel waar de snede zal worden gemaakt, langs de middenlijn van de oogfissuur tot lambda.
  5. Verwijder het geknipte haar voordat de huid wordt gesteriliseerd met een antiseptisch en desinfecterend scrub en oplossing. Eindig met 70% ethanol en herhaal dit drie keer om een steriele chirurgische plaats te garanderen.
  6. Maak met een #10 scalpelmes een snede langs de middenlijn van rostrale naar caudale, direct gevolgd door het aanbrengen van medisch kwaliteits cyanoacrylaatlijm op de incisie. Spreid de huid lateraal uit om de schedel bloot te leggen.
  7. Voeg nog een druppel of twee cyanoacrylaatlijm toe over de schedel om extra bescherming aan de schedel toe te voegen.
    OPMERKING: De aanbrenging van lijm is tijdsgevoelig omdat de schedel begint te worden ondoorzichtig wanneer deze langer dan 10 s aan de lucht wordt blootgesteld. Dit zal de visualisatie van de SD door beeldvormingsmethoden belemmeren.
  8. Terwijl de lijm aan het drogen is, gebruik steriele chirurgische schaar om de incisiegrootte over de cerebellum te vergroten. Zodra de lijm is uitgehard, begin met de implantatie van schedelschroefelektroden.
    1. Steriliseer schedelschroeven door een kralensterilisator gedurende 20-30 s voorafgaand aan implantatie.
    2. Plaats de schedelschroeven in een gebied dat ver verwijderd is van de SD-initiatieplaats om een open visueel venster te behouden.
      OPMERKING: Voor chronische opnames in de primaire visuele cortex worden drie schedelschroeven gebruikt. De eerste schroef wordt ongeveer geplaatst op y = -6,00 mm vanaf de bregma, in de cerebellum, dient als referentie-elektrode. De opnameelektroden zijn gepositioneerd op y = -2,79 mm van bregma en x = ±2,5 mm van de middenlijn, binnen de linker en rechter hemisfeer.
    3. Met een boortje van 0,8 mm, boor pilootgaten door de schedel. Om schade aan het onderliggende weefsel te voorkomen, is -0,5 mm in z ideaal. Gebruik #00-90 schroeven die vooraf zijn gesoldeerd aan goudstiften met roestvrijstalen draad.
    4. Draai de schroeven in de schedel. 1,5-2 volledige draaien zal de schroef door de schedel krijgen en in contact komen met het corticale oppervlak.
    5. Wind overtollig draad rond de schroef, waarbij wat speling in de draad wordt gelaten voor latere plaatsing van het hoofdstadium.
    6. Gebruik dezelfde procedures om de andere schedelschroeven te plaatsen.
    7. Zodra alle schedelschroeven op hun plaats zitten, steek alle goudstiften in de gewenste hoofdstadiumconnector. Houd de connector op zijn plaats met behulp van de stereotactische arm en houd de connectorstiften dicht boven de schroefhoofden terwijl wordt gecontroleerd dat de draden niet raken.
    8. Verzegeld de hele ruimte met cyanoacrylaatlijm, zorg ervoor dat het beeldvormingsgebied voor de schedelschroeven niet wordt verstoord.
    9. Bouw tandencement op rond de basis van de goudstiften, zorg ervoor dat de goudstiften van de schedelschroeven niet zijn verbonden met de goudstiften in de hoofdstadium.
    10. Laat het tandencement uitharden voordat de hoofdstadiumconnector wordt verwijderd.
    11. Verwijder het dier uit het stereotactische frame en plaats het terug in de thuiscamer om te herstellen. Volg standaard postoperatieve zorg en houd dieren op een verwarmingskussen terwijl ze zich herstellen van anesthesie.
      OPMERKING: Na de operatie werden de dieren alleen gehuisvest en dagelijks gecontroleerd op pijn. Volg de lokale institutionele richtlijnen voor pijnstilling. Als u een slow-release buprenorfine gebruikt, controleer op pijn en geef mogelijk een extra dosis na 72 uur.
  9. Verwijder alle objecten die zich kunnen verstrikken in de elektroden, inclusief huisvesting en verrijking. Gebruik standaard beddengoed met ad libium toegang tot voedsel en water.
    OPMERKING: Laat een herstelperiode van twee dagen tussen operatie en opname.

2. Het detecteren van verspreidende depolarisaties met intrinsieke optische signaal (iOS) beeldvorming en AC- elektrofysiologie

  1. Verdoofd de dieren met 2% isofluraan in 100% zuurstof.
    OPMERKING: Het beeldvormingsgedeelte van deze procedure duurt ongeveer 5 min en de hoeveelheid isofluraanblootstelling moet consistent zijn.
  2. Plaats het dier in een stereotactisch frame. Via de neuskoker, handhaaf 1%-2% isofluraan in zuurstof.
    OPMERKING: Het is

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 1 illustreert een grafische weergave van de experimentele opstelling. De opname schedelschroeven zijn gepositioneerd in de primaire visuele cortex, met een schedelschroef elektrode geplaatst in de cerebellaire vermis als grondelektrode. De schedelschroeven en gouden pinnen worden aan de schedel bevestigd met behulp van cyanoacrylaatlijm en tandheelkundig cement. Het is belangrijk om het tandheelkundig cement te beperken tot het caudale deel van de schedel om ruimte te laten voor impact en beeldvorming. De impactlocatie, gecentreerd op de middenlijn en ongeveer 1 mm rostrale tot bregma, wordt aangegeven in Figuur 1.

Representatieve intrinsieke optische signalen (iOS) afbeeldingen worden getoond in Figuur 2A. Grijswaardenbeelden worden omgezet met behulp van een Fire Lookup Table om de visualisatie van verspreidende depolarisaties (SD's) te verbeteren. De iOS omvat verschillende signalen, waaronder NAD(P)H, FADH en weefselreflectie, waardoor interpretatie en vergelijking van deze signalen een uitdaging vormen. Grote bloedvaten zouden duidelijk zichtbaar moeten zijn door het superlijmvenster (aangeduid met pijlen), terwijl de stippellijn in Figuur 2A de voortplantende golf van de SD markeert. Hoewel SD's moeilijk te observeren zijn in realtime, worden ze duidelijker wanneer de beelden worden versneld (zie Aanvullende Video 1). Sommige kleine takken kunnen "verdwijnen" door vasoconstrictie (Figuur 2A). Een kleine regio van interesse (ROI) geëxtraheerd uit de beeldstapel zou een Z-as plot moeten opleveren vergelijkbaar met Figuur 2B. Uit de elektrofysiologische opnamen zou het geëxtraheerde hoogfrequente signaal lijken op de bovenste panelen van Figuur 2C,D. Deze opnamen werden onmiddellijk na de milde traumatische hersenschending (mTBI) gestart, waarbij dieren onder isofluraannestenose bleven gedurende de 4 minuten van iOS-beeldvorming. Na verwijdering van isoflura, zou hoogfrequente activiteit snel binnen een minuut moeten terugkeren bij sham-dieren, zoals getoond in Figuur 2C (rode vak). Omgekeerd, als een SD optrad, zou hoogfrequente activiteit enkele minuten gedempt blijven voordat herstel optrad (Figuur 2D, rood vak). De onderste panelen van Figuur 2C,D tonen de berekende macht (V²) voor elke hoogfrequente plot. Deze machtplots helpen bij het identificeren van de onderdrukking en herstel van hoogfrequente activiteit door de snelle stijging in macht (aangegeven door de rechterrand van de rode vakken).

Diagram van muizenhersenimpactexperiment met schedelschroeven en tandheelkundig cementopstelling voor iOS & AC-opnamen.
Figuur 1: Experimentele opstelling en locatie van impact en schedelschroeven. Het dorsale oppervlak van de schedel wordt blootgelegd door een huidsnede. De schedel en huid worden afgesloten met cyanoacrylaatlijm om de transparantie te verbeteren. Een boorgat voor de grond wordt geboord op y = -6,00 en x = 0 vanaf bregma. Boorgaten voor opname-elektroden worden geplaatst op y = -2,79 en x = ±2,5 vanaf bregma. Roestvrijstalen schroeven worden door de schedel geschroefd en gesoldeerd aan gouden pinnen met ongecoat roestvrij staaldraad. Er wordt zorgvuldig gezorgd voor om overmatige dekking van het schedeloppervlak met tandheelkundig cement te voorkomen om voldoende ruimte voor impact en beeldvorming te garanderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Cerebral beeldvorming sequenties met IOS-grafiek, EEG-gegevens; studie over isofluraanefecten en depressie.
Figuur 2: Representatieve iOS-afbeeldingen en AC-opnamen. (A) Representatieve iOS-afbeeldingen met pijlen die bloedvaten aangeven. Grijswaardenbeelden worden omgezet naar de Fire lookup table in ImageJ voor verbeterde visualisatie. De gestippelde zwarte lijn duidt de voortplantende SD aan, gevisualiseerd als een golf van verhoogde intensiteit in de iOS. De SD is duidelijk zichtbaar wanneer snel door de volledige beeldstapel wordt geschoven. Het iOS-signaal weerspiegelt verschillende fysiologische en metabolische veranderingen geassocieerd met de SD, inclusief mitochondriale productie van NAD(P)H en FADH en neuronaal oedeem. Het zwarte vak geeft de regio van interesse (ROI) weer die wordt gebruikt om de spoor in (B) te genereren. Schaalbalk: 1 mm. (B) Representatieve spoor van de iOS SD uitgedrukt als percentage van de basislijn. Het iOS-signaal stijgt en keert binnen ongeveer 60 s nabij de basislijn terug. Hoewel veranderingen in iOS-signalen klein zijn (ongeveer 10%), zijn ze voldoende om de SD te identificeren. In de AC-opnamen voor zowel sham (C) als SD (D) dieren, tonen de bovenste sporen hoogfrequente activiteit, en de onderste sporen vertegenwoordigen macht (V²). Blauwe vakken geven perioden van isofluraannestenose aan, terwijl het rode vak de herstelperiode van hoogfrequente activiteit van isoflura en SD aanduidt. De langdurige depressie geïnduceerd door SD wordt gecontrasteerd met de snelle herstel van activ

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Spreidende depolarisaties zijn cruciaal in verschillende ziektemodellen, waaronder traumatisch hersenletsel (TBI), beroerte en migraine1. Nauwkeurige detectie van SD's is essentieel voor het begrijpen van hun rol bij acute gedragsstoornissen en/of de activering van het neuro-immuunsysteem na mild traumatisch hersenletsel (mTBI's)23,24. Om het risico van het missen van SD's bij gebruik van een enkele methode te beperken, is een multi-methodenbenadering noodzakelijk voor effectieve visualisatie en registratie van SD's.

Hoewel het combineren van technieken bevestiging van spreidende depolarisaties (SD's) mogelijk maakt, kan elke techniek potentiële valkuilen hebben. De beeldvormingstechnieken die in dit protocol worden beschreven, zijn toegankelijk voor de meeste laboratoria en zijn gedetailleerd door Zepeda en collega's25. Voorbereiding van het craniale venster is cruciaal, omdat ondoorzichtige vensters kunnen leiden tot onbesliste beelden26. Dit probleem kan worden beperkt door de blootstelling van de schedel aan lucht te minimaliseren voordat cyanoacrylaatlijm wordt aangebracht. Bovendien kan de doorzichtigheid van het venster worden verbeterd met een druppel minerale olie voorafgaand aan het beeldvormen. Bewegingsartefacten kunnen ook de bevestiging van SD's bemoeilijken, dus het minimaliseren van deze artefacten is essentieel voor het verkrijgen van heldere video. Om dit aan te pakken, is het belangrijk om het dier gedurende het hele beeldvormingsproces onder isofluraangebruik te houden27. Het gebruik van een neusdop vergemakkelijkt de efficiënte overdracht van het dier tussen de impactor en het opnamesetup. Het is van cruciaal belang om het dier snel na de impact weer onder de neusdop te plaatsen om zoveel mogelijk van de SD-voortplanting te kunnen vastleggen. In dit milde traumatisch hersenletsel (mTBI) model is opname gedurende ongeveer 4 minuten meestal voldoende om de volledige SD vast te leggen. Bij ernstiger TBI's kunnen echter spontane SD's worden gegenereerd door weefselschade28. Continu beeldvorming kan deze spontane SD's detecteren, maar langdurige isofluraannesthesie kan het moeilijk maken om hoogfrequente depressie waar te nemen. Spontane SD's kunnen met elektrofysiologie worden gedetecteerd door aanvullende depressies in hoogfrequente activiteit, maar het bevestigen van de relatie tussen depressie en SD is moeilijk zonder beeldvorming.

Met de ontwikkeling van Open-Ephys en Intan versterkers is in vivo elektrofysiologie nu toegankelijk voor veel laboratoria. Alle elektrofysiologische opnames vereisen de implantatie van schedelschroeven en/of elektroden. In dit protocol is er een latentieperiode van twee dagen tussen de implantatie van schedelschroeven en de opname om herstel te ondersteunen. Hoewel deze periode mogelijk niet voldoende is voor het volledige herstel van de hersenen na de implantatie, zou er minimale schade moeten zijn, aangezien de schedelschroeven geen hersenweefsel doorboren. Bovendien neemt de doorzichtigheid van de met cyanoacrylaat verzegelde schedel in de loop van de tijd af, dus beeldvorming moet zo snel mogelijk worden uitgevoerd om optimale doorzichtigheid te bereiken. Voor elektrofysiologie is het cruciaal om 60 Hz ruis te minimaliseren. Zorg ervoor dat het experimentele gebied is geïsoleerd van AC-stroom en goed is geaard op de Intan versterker. Hoewel bewegingsartefacten niet volledig kunnen worden geëlimineerd, kunnen versnellingsmeters op de hoofdtrap helpen bij het identificeren en verwijderen van periodes van beweging tijdens post-processing. Al met al kunnen deze technieken waardevolle inzichten bieden in SD-herstel en corticale netwerkfunctie na mild traumatisch hersenletsel (mTBI's).

Een beperking van deze technieken is dat de dieren tijdens het beeldvormen onder narcose zijn. Echter, de meeste TBI-modellen vereisen narcose, en de verlengde narcose zal waarschijnlijk niet significant van invloed zijn op het experimentele ontwerp. Isofluraan vermindert significant de hoogfrequente activiteit27. Als isofluraannesthesie zich uitstrekt tot voorbij de beeldvormingsperiode, kan dit de detectie van hoogfrequente activiteitsherstel na de SD bemoeilijken. Daarom is het van cruciaal belang om een sham of isofluraange-alone groep op te nemen in het experimentele ontwerp om de herstel van hoogfrequente activiteit te vergelijken, zoals getoond in Figuur 2. Een andere beperking is dat elektrofysiologische opnames de DC-verschuiving niet detecteren. De amplitude en duur van de DC-verschuiving zijn indicatoren voor weefselgezondheid en herstel van de SD28. Desondanks zal het bevestigen van SD's met deze technieken nog steeds waardevolle inzichten bieden in TBI-onderzoek.

Alle TBI-onderzoekers zouden kunnen profiteren van de hier beschreven technieken, aangezien het zeer waarschijnlijk is dat alle TBI-modellen spreidende depolarisaties (SD's) produceren. Het TBI-veld zou aanzienlijk kunnen profiteren van het begrijpen van de rol van SD's bij letsel, letselprogressie, neuro-immuunactivering en herstel. Recent onderzoek suggereert dat SD's bijdragen aan gedragsstoornissen en mogelijk een onderliggend mechanisme zijn van neurologische beperking5,7. De in dit protocol geschetste technieken zullen helpen bij het verduidelijken van het verband tussen TBI en SD. Toekomstige toepassingen van deze technieken kunnen zich uitstrekken tot andere onderzoeksgebieden, waaronder beroerte, epilepsie en migraine.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door NIGMS P20GM109089 en Department of Defense PR200891 subsidies.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
#00-90 x.118 Machine ScrewUS Micro Screw00.90-118-M-SS-P, Amazon
0.8 mm diameter drill bitPCB Drill BitWYTP21, Amazon
16-A HeadstageIntan C3335
2.1 mm Burrs micro drill bitFine Science Tools19007-21
AC amplifierIntanRHD recording system
C57BL/6J mice Jackson Laboratory Jax#000664
CCD cameraMightexTCE-1304-U
Extension lensZeikos ZE-ETN
Ethiqa XR (slow release Buprenorphine)Midwest Veterinary SupplyProduct Number 267.10000.3
Gold connector pin (female)A-M Systems520100
Gold connector pin (male)A-M Systems520200
ImageJ2/FijiImage JNA
Impactor OneLeica39463930
LED panel boardSuponL122t
MATLABMathWorksInstitutional or individual activation code
Medical grade cyanoacrylate glueMasterBondMB287
Micro-Manager Camera SoftwareImage JNA
Nail drill/polisherMakartt Nail Drill Electric Nail FileJD700
Omnetic connectorsOmneticsA79014-001
RHX Data Acquisition SoftwareIntanNA
Stainless Steel uncoated wire (0.005")A-M Systems792800
Stereotaxic FrameKopf Intruments1923-B
Teets 'cold cure' dental cementA-M systems525000, 526000
XLR camera lensNikonNIKKOR 50 mm f/1.8-16

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pietrobon, D., Moskowitz, M. Chaos and commotion in the wake of cortical spreading depression and spreading depolarizations. Nat Rev Neurosci. 15 (6), 379-393 (2014).
  2. Hartings, J. A., et al. Repetitive cortical spreading depolarizations in a case of severe brain trauma. Neurological Res. 30 (8), 876-882 (2008).
  3. Andrew, R. D., et al. Questioning glutamate excitotoxicity in acute brain damage: The importance of spreading depolarization. Neurocrit Care. 37, 11-30 (2022).
  4. Andrew, R. D., et al. Thecritical role of spreading depolarizations in early brain injury: Consensus and contention. Neurocrit Care. 37, 83-101 (2022).
  5. Pacheco, J., et al. Spreading depolarizations are associated with concussion-like behavior. eNeuro. 6 (6), (2019).
  6. Bouley, J., Chung, D. Y., Ayata, C. Y., Brown, R. H., Henninger, N. Cortical spreading depression denotes concussion injury. J Neurotrauma. 35, 1-10 (2018).
  7. Pinkowski, N. J., et al. Spreading depolarizations contribute to the acute behavior deficits associated with a mild traumatic brain injury in mice. J Neurotrauma. 41 (1-2), 271-291 (2023).
  8. Dreier, J. P., et al. Recording, analysis, and interpretation of spreading depolarizations in neurointensive care: Review and recommendations of the COSBID research group. J Cereb Blood Flow and Metab. 37 (5), 1595-1625 (2017).
  9. Herreras, O., Somjen, G. G. Analysis of potential shifts associated with recurrent spreading depression and prolonged unstable spreading depression induced by microdialysis of elevated K+ in hippocampus of anesthetized rats. Brain Res. 610 (2), 283-294 (1993).
  10. Boas, D. A., Dunn, A. K. Laser speckle contrast imaging in biomedical optics. J Biomed Opt. 15 (1), 011109(2014).
  11. Hadjikhani, N., et al. Mechanisms of migraine aura revealed by functional MRI in human visual cortex. PNAS. 98 (8), 4687-4692 (2001).
  12. Dietz, R. M., Weis, J. H., Shuttleworth, C. W. Contributions of Ca2+ and Zn2+ to spreading depression-like events and neuronal injury. J Neurochem. 109 (Suppl 1), 145-152 (2009).
  13. Reinhart, K. M., Shuttleworth, C. W. Ketamine reduces deleterious consequences of spreading depolarizations. Exp Neurol. 305, 121-128 (2018).
  14. Mané, M., Müller, M. Temporo-spectral imaging of intrinsic optical signals during hypoxia-induced spreading depression-like depolarization. PLoS One. 7 (8), (2012).
  15. Brennan, A. M., Connor, J. A., Shuttleworth, C. W. NAD(P)H fluorescence transients after synaptic activity in brain slices: predominant role of mitochondrial function. J Cereb Blood Flow and Metab. 26 (11), 1389-1406 (2006).
  16. Shuttleworth, C. W., Brennan, A. M., Connor, J. A NAD(P)H fluorescence imaging of postsynaptic neuronal activation in murine hippocampal slices. J Neurosci. 23 (8), 3196-3208 (2003).
  17. Sword, J., Croom, D., Wang, P. L., Thompson, R. J., Kirov, S. A. Neuronal pannexin-1 channels are not molecular routes of water influx during spreading depolarization-induced dendritic beading. J Cereb Blood Flow and Metab. 37 (5), 1626-1633 (2017).
  18. Chung, D. Y., et al. Real-time non-invasive in vivo visible light detection of cortical spreading depolarizations in mice. J Neurosci Methods. 309, 143-146 (2018).
  19. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
  20. Rueden, C. T., et al. ImageJ2: ImageJ for the next generation of scientific image data. BMC Bioinform. 18 (1), 1-26 (2017).
  21. Edelstein, A., Amodaj, N., Hoover, K., Vale, R., Stuurman, N. Computer control of microscopes using µManager. Curr Protoc Mol Biol. 14, (2010).
  22. Edelstein, A. D., et al. Advanced methods of microscope control using µManager software. J of Biol Methods. 1 (2), e10(2014).
  23. Soldozy, S., et al. Cortical spreading depression in the setting of traumatic brain injury. World Neurosurg. 134, 50-57 (2020).
  24. Zepeda, A., Arias, C., Sengpiel, F. Optical imaging of intrinsic signals: Recent developments in the methodology and its applications. J Neurosci Methods. 136 (1), 1-21 (2004).
  25. Steinzeig, A., Molotkov, D., Castrén, E. Chronic imaging through "transparent skull" in mice. PLoS One. 12 (8), (2017).
  26. Sword, J., Masuda, T., Croom, D., Kirov, S. A. Evolution of neuronal and astroglial disruption in the peri-contusional cortex of mice revealed by in vivo two-photon imaging. Brain. 136 (5), 1446-1461 (2013).
  27. Hudetz, A. G., Vizuete, J. A., Pillay, S. Differential effects of isoflurane on high-frequency and low-frequency oscillations in the cerebral cortex and hippocampus in freely moving rats. Anesthesiology. 114 (3), 1588-1595 (2011).
  28. Reinhart, K. M., Morton, R. A., Brennan, K. C., Carlson, A. P., Shuttleworth, C. W. Ketamine improves neuronal recovery following spreading depolarization in peri-infarct tissues. J Neurochem. 168 (5), 855-867 (2023).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

In vivo elektrofysiologieintrinsieke optische beeldvormingtraumatisch hersenletselmuizenhersenmodellenelektrofysiologische registratiecorticale beeldvorminghoogfrequente suppressiestereotactische chirurgieelektromagnetische impactor

Gerelateerde artikelen