Verdund-schedel Corticale Venster Techniek voor
19 november 2012
Presenteren we een methode om een uitgedunde schedel corticale venster (TSCW) in een muizenmodel voor In vivo Oktober beeldvorming van de cerebrale cortex.
Het algemene doel van deze procedure is om een dunne schedelvenster in een muismodel te creëren voor in vivo optische coherentietomografiebeeldvorming van de hersenen. Dit wordt bereikt door het dier eerst te verdoven en voor te bereiden op de operatie. Vervolgens wordt de schedel dun gemaakt met behulp van verschillende tandborstels.
De laatste stap is het verkrijgen van OCT-beelden van de hersenen in vivo door het dunne schedelvenster. Uiteindelijk kunnen hersenstructurele en functionele informatie worden verkregen uit de resulterende OCT-beelden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden zoals cranectomie of coverslip-vensters, is dat het venster minder invasief is en eerder kan bijdragen aan het behoud van de biologische integriteit en levensvatbaarheid van de hersenen.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de diagnose van neurologische aandoeningen omdat OCT hoge ruimtelijke en temporele resolutie biedt en superieure dieptenpenetratie biedt in vergelijking met confocale en twee-fotonmicroscopie. Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn in deze methode worstelen om een uniform dunne schedeloppervlakte te creëren zonder schedelfracturen of subdurale bloedingen te introduceren. Om deze procedure te beginnen, verdooft u een CD een muis tussen de leeftijd van zes tot acht weken met een intraperitoneale injectie van een combinatie van ketamine en xylazine.
Plaats vervolgens de muis op een homeo thetische kussen of deken om de optimale lichaamstemperatuur op ongeveer 37 graden Celsius te houden tijdens de chirurgische voorbereiding, bewaak continu het niveau van anesthesie door de reflexen van het dier te testen en injecteer meer anesthesie wanneer nodig is. Smeer vervolgens beide ogen met de kunstmatige traanoliezalf. Verwijder het haar op de hoofdhuid met de clippers.
Verwijder vervolgens het resterende geknipte haar met een geweven kussen of doekje. Breng daarna een dunne laag ontharingscreme aan op het hoofd. Wisch na twee minuten de crème en het resterende haar voorzichtig weg met gezouten, bevochtigde wattenstaafjes en alcohol-prep-pads.
Desinfecteer nu de hoofdhuid met een Betadine-staafje en maak schoon met 70% ethanol-prep-pads. Monteer vervolgens het dier op een stereotactisch frame om de schedel te immobiliseren. Tik licht op de schedel om de stabiliteit ervan te controleren.
Bij deze procedure begint u de schedelsnede op het middenpunt tussen de ogen. Ga door tot het middenpunt tussen de oren, de huidflapjes met pincetten. Lokaliseer vervolgens het te verdunnen gebied onder een dissectiemicroscoop.
Gebruik pincetten om de schedel te schrapen om eventuele resterende fascia te verwijderen. Droog vervolgens de schedel met steriele wattenstaafjes voordat u een vier bij vier millimeter dunne corticale venster maakt, ongeveer een millimeter achter en lateraal tot het rema. Gebruik een chirurgische handboor met een ronde hardmetalen boor in een lichte zwaaiende beweging om de schedel te verdunnen.
Oefen geen directe druk uit op de schedel. Stop elke 20 tot 30 seconden met boren om botgruis te verwijderen met behulp van steriele zoutoplossing en wattenstaafjes, en om oververhitting van de schedel te voorkomen. De zoutoplossing helpt ook bij het verspreiden van de warmte door de schedel.
Zodra de buitenste laag van het compacte bot volledig is verwijderd, zou de middelste sponsachtige botlaag zichtbaar moeten zijn. Er kan lichte bloeding optreden omdat bloedvaten duidelijker zijn in de sponsachtige botlaag. Schakel over naar een groene steenboor en ga door met boren met extra voorzichtigheid.
Aangezien de sponsachtige laag delicater is, zal de groene steenboor minder botmateriaal verwijderen terwijl de gelijkmatigheid in het hele schedelvenster wordt gegarandeerd. Stop af en toe met boren om botgruis te verwijderen en om de schedel af te koelen. Wanneer de schedel transparanter is geworden en de vaatbundel op de hersenen zichtbaar is, begint u de schedel te polijsten met behulp van een polijstboor en controleert u de dikte van de schedel door er voorzichtig op te tikken met pincetten. Stop met polijsten.
Wanneer de schedel enigszins flexibel wordt, moet het verdunde schedelvenster nu volledig glad en reflecterend zijn en klaar voor beeldvorming. Vanwege de aard van de sterk verstrooiende weefsels van de hersenen, moet de schedel worden verdund tot minimaal 55 micron voor optimale dieptenpenetratie. Nadat de operatie is voltooid, controleert u de ademhalingssnelheid van het dier via visuele inspectie en reflexen om het juiste niveau van anesthesie te garanderen en dient u extra anesthesie toe. Plaats het dier vervolgens onder de OCT-camera en positioneer het dunne schedelvenster onder de optische straal.
Een dwarsdoorsnede van de schedel en de hersenen kan nu worden gevisualiseerd. De gegevensverzameling kan beginnen. Zodra het belangrijkste belangrijke gebied voor beeldvorming is gevonden, hebben we de OCT-straal over een beeldvormingscorticaalvenster met een breedte van 4,0 millimeter gescand en een beelddiepte van twee millimeter verkregen met zes milliwatt incidentie vermogen en een brandpunt van 0,1 millimeter onder de dunne schedel.
Elk dwarsdoorsnedegebied bestond uit 2048 axiale scans met een acquisitiesnelheid van 0,14 seconden per beeld. Deze specifieke methode heeft ons in staat gesteld specifieke structuren in onze OCT-dwarsdoorsnedebeelden te identificeren. Deze figuur toont een parasagittale OCT-afbeelding van de cortex onder een normale schedel, en hier een parasagittale OCT-afbeelding onder een dunne schedel.
De structuren van de hersenen zijn duidelijker zichtbaar onder een dunne schedelvenster in vergelijking met een normale schedel. Bovendien wordt ook een coronale dwarsdoorsnede OCT-afbeelding verkregen om de identificatie van middenlijnstructuren te vergemakkelijken. Volumetrische scans van de hersenen kunnen ook worden verkregen door een reeks 2D dwarsdoorsnedebeelden te verzamelen met behulp van twee sets gal O-spiegels voor XY-scannen met de eerste gal O-spiegel die de straal in de sagittale richting
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor het creëren van een corticale window met een verdunde schedel (TSCW) in een muismodell, waardoor in vivo optical coherence tomography (OCT) beeldvorming van de cerebrale cortex mogelijk is. De techniek is ontworpen om minder invasief te zijn dan traditionele methoden, waardoor de biologische integriteit van de hersenen behouden blijft.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
- In vivo studies
Achtergrond
- Optische coherentietomografie (OCT) is een niet-invasieve beeldvormingstechniek.
- Traditionele methoden, zoals een craniectomie, kunnen invasiever zijn en meer schade toebrengen.
- Het behouden van de levensvatbaarheid van de hersenen tijdens de beeldvorming is cruciaal voor nauwkeurige resultaten.
- De methode van de uitgedunde schedel is erop gericht deze problemen aan te pakken.
Doel van de studie
- Om een minder invasieve methode voor hersenbeeldvorming te ontwikkelen.
- Om de levensvatbaarheid van de hersenen tijdens beeldvormingsprocedures te verbeteren.
- Om structurele en functionele informatie uit OCT-beelden te verkrijgen.
Gebruikte methoden
- Anesthesie van het muismodel voorafgaand aan de chirurgische ingreep.
- Het uitdunnen van de schedel met behulp van tandheelkundige boren.
- Het verkrijgen van OCT-beelden via de uitgedunde schedel.
- Het beoordelen van structurele en functionele herseninformatie op basis van de beelden.
Belangrijkste resultaten
- De methode van schedelverdunning maakt succesvolle in vivo beeldvorming mogelijk.
- De verkregen beelden bieden waardige structurele en functionele inzichten.
- De techniek is veelbelovend voor het behoud van de levensvatbaarheid van de hersenen.
- Minder invasief dan traditionele methoden, waardoor potentiële schade wordt beperkt.
Conclusies
- Het corticale venster met een uitgedunde schedel is een levensvatbaar alternatief voor hersenbeeldvorming.
- Deze methode verbetert de mogelijkheid om hersenfuncties in vivo te bestuderen.
- Toekomstige toepassingen kunnen worden uitgebreid naar diverse neurologische studies.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Deze techniek maakt minimaal invasieve longitudinale beeldvorming van de corticale structuur en functie in vivo mogelijk, wat bijdraagt aan de validatie van targets in modellen van neurodegeneratieve ziekten. Door de integriteit van de hersenen te behouden, wordt de voorspellende betrouwbaarheid in preklinische studies verhoogd en wordt de biologische variabiliteit verminderd die beoordelingen van de respons op geneesmiddelen kan beïnvloeden. De methode fungeert als een herbruikbaar platform voor mechanische risicoreductie in vroege discovery-pipelines.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk via longitudinale structurele en functionele corticale beeldvorming.
- Operationele waarde: Biedt een ziekterelevant systeem voor het beoordelen van target-engagement en modulatie van signaalpaden over een bepaalde periode.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt de afstemming van biomarkers en de gereedheid voor fenotypische screening door kwantitatieve, hoge-resolutie structurele read-outs te leveren.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream evaluatie van verbindingen met consistente optische toegang.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid van assays door uniforme schedelverdunning en stabiele beeldgevingsvensters.
- Schaalbaarheid: Faciliteert hergebruik van het platform over meerdere beeldgevingssessies, waardoor de voorbereidingslast per proefdier wordt verminderd.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Behoudt de relevantie voor de ziekte door beeldvorming mogelijk te maken in intacte, fysiologisch actieve corticale netwerken.
- Operationele waarde: Ondersteunt translationele continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie met minimale procedurele afwijkingen.
- Risicobeperking: Vermindert storende variabelen door chirurgisch trauma, waardoor de betrouwbaarheid van de gegevens voor go/no-go-beslissingen wordt verbeterd.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie tot lead-optimalisatie en biedt structurele en functionele imaging-uitlezingen die bijdragen aan het mechanistische begrip en de effecten van verbindingen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking door herhaalde in vivo imaging van corticale responsen op perturbaties mogelijk te maken.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via reproduceerbare window-preparatie en stabiele signaalpenetratie voor longitudinale screening van verbindingen.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen, waaronder corticale dikte, vasculaire dichtheid en structurele laagafbakening voor comparatieve analyse.
- Translational Research: Slaat een brug naar preklinische continuïteit door corticale viabiliteit te behouden en correlatie met gedragsmatige of moleculaire eindpunten mogelijk te maken.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een herbruikbaar imagingplatform in plaats van een terminale procedure, wat longitudinale studiedesigns over meerdere experimentele armen ondersteunt.
Operationele impact & impact op de onderneming
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen door mechanische ambiguïteit te verminderen via directe, herhaalde visualisatie van de corticale microstructuur.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en reproduceerbaarheid via gedefinieerde uitdunningsprotocollen en visualisatiecriteria voor eindpunten.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door meerdere datapunten per proefdier mogelijk te maken, waardoor het dierengebruik wordt verminderd en de statistische kracht wordt verhoogd.
- Impact op de portfolio: Informeert de risico-gecorrigeerde prioritering door vroege structurele en functionele readouts te verschaffen die correleren met het potentieel voor ziektemodificatie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in microsurgische technieken en bekendheid met stereotaxische fixatie en het gebruik van een tandartsboor.
- Afhankelijk van toegang tot spectral-domain OCT-systemen met passende scansoftware en galvo-spiegelbesturing voor volumetrische acquisitie.
- Vereist standaardisatie tussen de chirurgische, imaging- en analyseteams om een consistente vensterkwaliteit en datainterpretatie te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing tussen verschillende muizenstammen en leeftijden, aangezien de schedeldikte en de genezingsreactie kunnen variëren.
- Beperkt door de noodzaak van technische vaardigheid om schedelfracturen of subduraal bloeden tijdens het dunnen te voorkomen, wat de signaalkwaliteit en het dierenwelzijn kan beïnvloeden.
