Targeting van Deep Brain Structuren met micro-injecties voor de levering van drugs, virale vectoren, of Cell Transplantaties
1 december 2010
In dit artikel tonen we een methode om glazen capillaire naalden te maken met een 50-um lumen. Deze techniek vermindert de schade aan de hersenen, minimaliseert passieve diffusie van geneesmiddelen en maakt een nauwkeurige targeting naar de knaagdieren hersenen.
Het algemene doel van deze procedure is om zeer nauwkeurige micro-injecties uit te voeren in diepe hersenstructuren voor de toediening van geneesmiddelen, virale vectoren of celtransplantaten. Dit wordt bereikt door eerst glazen capillaire naalden te produceren met een lumen van 50 micrometer. De tweede stap van de procedure is om 50%van de naald te vullen met minerale olie door capillariteit en de plunjer in te brengen door het breedste uiteinde van de buis.
De derde stap van de procedure is om de naald te laden met de stof of de celsuspensie die je wilt injecteren. De laatste stap van de procedure is om de naaldtip in te brengen en de stof met een zeer lage stromingssnelheid in een diepe hersenstructuur te injecteren. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die zeer nauwkeurige targeting van stoffen in de hersenen laten zien door middel van micro-injecties met een glazen capillaire buis.
Hallo, ik ben Oscar Gonzalez van het Laboratorium voor Neurowetenschappen in de School voor Psychologie aan de Universiteit van Colima, Mexico. Vandaag laten we u een procedure zien voor het uitvoeren van micro-injecties met een glazen capillaire buis om geneesmiddelen in de muizenhersenen te brengen. We gebruiken deze procedure in genoeg laboratoria om volwassen neurale stamcellen te bestuderen.
Dus laten we beginnen. Het gebruik van glazen capillaire naalden met een lumen van 50 micrometer voor micro-injecties in de hersenen vermindert het hersenletsel aanzienlijk, minimaliseert passieve diffusie van geneesmiddelen en maakt nauwkeurige targeting in de knaagdierhersenen mogelijk. Voordat micro-injecties kunnen worden uitgevoerd, moeten de glazen naalden worden geconstrueerd.
Begin met het plaatsen van de capillaire glazen buis in een trekhoogweerstandelektrode van een micropijppuller. Schakel vervolgens de elektrode van de micropijppuller in. Om het midden van de glazen buis lokaal te verzachten, rek de glazen buis langs zijn longitudinale as met een aanvankelijke afstand van drie tot vijf millimeter, voldoende om een vermindering van de diameter van de glazen buis in het gelokaliseerde gebied te veroorzaken.
Ga door met het rekken van de glazen buis totdat deze breekt. Herhaal deze stappen om twee identieke enkele vatnaalden te maken. Plaats nu de glazen naalden in een micro-smeedwerk.
Een hoek van 30 graden is voldoende om de punt te afschuimen. Plaats tenslotte de naalden onder de microscoop en controleer of ze beide de juiste binnendiameter hebben. Voor de meeste hydrofiele geneesmiddelen is een binnendiameter van 30 tot 50 micrometer ideaal met de geconstrueerde naalden.
Laten we zien hoe we ze kunnen gebruiken voor micro-injecties. Vul om te beginnen de geconstrueerde naald met minerale olie vanaf het breedste uiteinde. Laat de minerale olie door capillariteit binnendringen totdat deze ongeveer 50%van de lengte van de capillaire buis bereikt.
Plaats hoge vacuümvet rond het breedste uiteinde van de naald en steek de plunjer er doorheen. Om de minerale olie voorzichtig te duwen totdat er een kleine druppel scène uit het uiteinde van de glazen naald komt. Bevestig nu de naald in de houder van de micro-injector en begin met het voorbereiden van het dier voor de injectie.
Plaats eerst een verwarmingskussen op de stereotactische dierhoud om de lichaamstemperatuur van het dier te behouden. Scheer bij 37 graden Celsius het hoofd van de anesthetiseerde muis en plaats en bevestig het vervolgens in het stereotactische apparaat. Gebruik oorbeugels en een tandharing om met een chirurgisch mes de huid van de oren tot de Lambda-schedellijn in te snijden.
Polijst de schedel met een wattenstaafje om hem uit te drogen en trek de huid uit het chirurgische veld. Gebruik vervolgens de punt van de glazen naald om op het vertex van de bgma-naad te wijzen en stel daar de initiële injectiepositie in. Stel nu het punt op de schedel in dat moet worden geboord door de x- en Y-as van het stereotactische apparaat over de schedel te verplaatsen.
Gebruik een onderzoeksmicroboor om zorgvuldig gaten te boren op de geselecteerde coördinaten met fijne pincetten. Verwijder voorzichtig de diepste botlaag en breek het duurmoderne membraan. Je zult zien dat er wat hersenvocht uitlekt.
Om te bevestigen dat de naald door de geboordde gaten kan gaan, verlaag langzaam de glazen naald met behulp van de Z-as van het stereotactische apparaat. Pipet vervolgens één microliter van het te injecteren geneesmiddel en plaats het op een klein stukje parfum. Plaats het parfum op de schedel.
Zuig het geneesmiddel op door het wiel van de micro-injector te draaien terwijl je door de microscoop controleert of de vloeistof in de glazen naald omhoog gaat. Verwijder de parafilm en stel de nulcoördinaat opnieuw in. Beweeg nu de naald naar de geselecteerde coördinaten en laat de houder zakken totdat de punt van de glazen naald zachtjes de hersenoppervlakte raakt en stel de Z-coördinaat op nul.
Breng de glazen naald in het hersenparenchym op de gewenste diepte. Injecteer het geneesmiddel langzaam met een snelheid van ongeveer één nanoliter per seconde. Wanneer het gewenste volume is geïnjecteerd, laat het geneesmiddel twee minuten diffunderen in het parenchym en verwijder vervolgens de naald soepel en langzaam.
Lijm tenslotte de chirurgische wond en verwijder het dier uit het stereotactische apparaat. Plaats het dier in een pre-oorkooi voor herstel van de anesthesie. Nu laten we enkele micro-injectieresultaten zien.
Lysofosfatidylcholine of lyin werd geïnjecteerd in het corpus cossum dat demyelinisatie van witte stofbanen produceert om de hersenletsel veroorzaakt door de glazen naald te minimaliseren. Er werden slechts 20 liter lyin geïnjecteerd. Demyelinisatie wordt weergegeven door de afwezigheid van myelinebasiseiwitexpressie in de witte stofbanen, een zeer nauwkeurige injectie wordt verkregen en een zeer smalle naaldtractus minimaliseert hersenletsel.
We hebben u net laten zien hoe u glazen naalden construeert om micro-injecties in diepe hersenstructuren uit te voeren. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat alle apparatuur en materialen
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het maken van glazen capillaire naalden met een lumen van 50-μm, waardoor nauwkeurige micro-injecties in diepe hersenstructuren mogelijk worden. Deze techniek minimaliseert hersenbeschadiging en vermindert passieve diffusie van geneesmiddelen, waardoor gerichte afgifte mogelijk is in knaagdiermodellen.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Micro-injectietechnieken
- Geneesmiddelafgiftesystemen
Achtergrond
- Micro-injecties zijn essentieel voor het rechtstreeks afleveren van stoffen in de hersenen.
- Traditionele methoden kunnen aanzienlijke hersenbeschadiging veroorzaken en inefficiënte geneesmiddelafgifte resulteren.
- Glazen capillaire naalden bieden een oplossing voor nauwkeurige targeting.
- Deze studie richt zich op het verbeteren van het micro-injectieproces.
Doel van de studie
- Een methode ontwikkelen voor het maken van glazen capillaire naalden met een 50-μm lumen.
- De precisie van geneesmiddelafgifte in diepe hersenstructuren verbeteren.
- Hersenbeschadiging tijdens het injectieproces minimaliseren.
Gebruikte methoden
- Productie van glazen capillaire naalden met een lumen van 50 μm.
- De naald vullen met minerale olie om injectie te vergemakkelijken.
- De naald vullen met de gewenste stof of celsuspensie.
- De stof injecteren met een lage stromingssnelheid in doelgerichte hersengebieden.
Belangrijkste resultaten
- De methode maakt nauwkeurige targeting van stoffen in de hersenen mogelijk.
- Aanzienlijke vermindering van hersenbeschadiging in vergelijking met traditionele methoden.
- Efficiënte afgifte van geneesmiddelen, virale vectoren of celtransplantaten.
- Aangetoonde effectiviteit in knaagdiermodellen.
Conclusies
- De ontwikkelde techniek verbetert de precisie van micro-injecties.
- Het biedt een betrouwbare methode voor geneesmiddelafgifte in neurowetenschappelijk onderzoek.
- Deze aanpak kan worden toegepast op verschillende stoffen, waardoor experimentele resultaten worden verbeterd.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Precise delivery of therapeutic agents to deep brain structures remains a critical challenge in neuroscience drug development, particularly in small animal models where procedural trauma can confound results. This microinjection method enhances target engagement fidelity by minimizing injection-induced tissue damage and passive diffusion, thereby improving the reliability of pharmacological and genetic intervention studies. The approach supports mechanistic de-risking in early discovery by enabling reproducible, low-volume delivery of drugs, viral vectors, or cell transplants with reduced biological variability.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables accurate interrogation of therapeutic hypotheses in deep brain nuclei by reducing off-target effects from injection trauma.
- Operational Value: Supports consistent delivery of compounds or genetic tools across studies, improving reproducibility in target validation workflows.
- Predictive Confidence: Minimizes procedural variability that could obscure true pharmacological or biological responses.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems with minimal lesion burden for downstream compound screening in CNS pathways.
- Operational Value: Enables standardized, low-volume (20–100 nl) injections suitable for high-precision assay formats requiring tight pharmacokinetic control.
- Platform Reuse: Adaptable to various substances (drugs, viral vectors, cells) by adjusting needle lumen size, supporting multi-modal screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Enhances disease model fidelity by reducing confounding injury from injection procedures, improving translational relevance.
- Operational Value: Facilitates repeatable interventions in longitudinal studies, supporting chronic dosing or cell transplant regimens.
- Risk-Adjusted Advancement: Improves confidence in target engagement data, aiding go/no-go decisions in preclinical programs.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, where precise CNS delivery is essential for assessing target modulation and pathway engagement.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing in deep brain structures by enabling accurate delivery of pharmacological or genetic probes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible dosing for compound evaluation in vivo, critical for dose-response and target occupancy studies.
- Analytics: Generates clean readouts by minimizing procedure-induced noise, improving signal detection in biomarker or efficacy measurements.
- Translational Research: Promotes continuity from discovery to preclinical by ensuring consistent, low-trauma delivery across study phases.
- Enterprise Reuse: Represents a standardized, adaptable capability for CNS delivery applicable across multiple projects and modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity from injection artifacts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization across laboratories and studies through defined needle preparation and injection parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing failed studies due to procedural variability or off-target effects.
- Portfolio Impact: Enables more reliable prioritization of CNS targets based on cleaner pharmacological and genetic data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, stereotactic coordination, and needle fabrication using a pipette puller and micro forge.
- Depends on access to specialized instrumentation including a stereotactic frame, microinjector, and microscope for needle visualization.
- Necessitates standardization of needle lumen size (50 µm) and filling protocol (50% mineral oil) for consistent performance across users.
- Adaptation to different model systems may require coordinate adjustment and validation of needle penetration depth.
- Practical limitations include the technical skill needed for needle pulling and beveling, and the low throughput inherent to manual microinjection.
