Een grote laterale kraniotomie procedure voor mesoscale breedbeeld optische beeldvorming van hersenactiviteit

Het algemene doel van deze grote laterale craniotomie is het uitvoeren van real-time beeldvorming over een uitgebreid gebied van een corticale hemisfeer. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat grote delen van de cortex worden blootgesteld voor observatie en in combinatie met technologieën zoals optogenetica kunnen worden gebruikt. Deze techniek kan inzicht bieden bij het karakteriseren van de neurale dynamiek tussen cellen, alsook tussen verschillende hersencircuits bij verschillende temporele en spatiale resoluties.

Een visuele demonstratie van deze methode is cruciaal vanwege het verhoogde risico op bloedingen en corticale schade, aangezien de dura vaak vastzit aan het breinoppervlak en de bloedvaten. Deze methode kan worden toegepast om de neurobiologische mechanismen te bestuderen die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling van hersencircuits en de veranderingen daarvan gedurende het leven als reactie op nieuwe ervaringen of pathologieën zoals de ziekte van Alzheimer of een beroerte. Om met deze procedure te beginnen, moeten alle chirurgische benodigdheden worden geautoclaveerd en moet ervoor worden gezorgd dat de steriliteit gedurende de gehele operatie behouden blijft.

Zorg dat er voldoende hersenbuffer aanwezig is voor de operatie. Verplaats vervolgens een geanestheseerde muis naar de houder voor de kop en plaats deze op een thermo-regulerend warmteplateau dat is ingesteld op 37 °C. Zet de boventanden van de muis vast in een tandenhouder.

Draai vervolgens de kop ongeveer 30 graden naar links om de rechter laterale zijde van de kop bloot te leggen. Zet daarna de kop van de muis vast met het stompe uiteinde van de oorstaven. Breng vervolgens een thalmische zalf aan om uitdroging van het hoornvlies te voorkomen.

Om cerebraal oedeem te verminderen, wordt er intramusculair dexamethason geïnjecteerd in een dosis van 4 mg/kg. De huid boven het operatieve gebied wordt drie keer afgeveegd met wattenstaafjes gedrenkt in 4% chlorhexidine en vervolgens drie keer met 70% alcohol. Injecteer lidocaïne subcutaan boven de plaats van de craniotomie.

Til onder een dissectiemicroscoop met een pincet de huid op één millimeter links van de middellijn vlak achter het oor en maak een kleine horizontale incisie met een chirurgische schaar. Maak een laterale snede van vijf tot zes millimeter in richting het rechteroor en snijd vervolgens in richting het rostrale uiteinde van de kop. Plaats de schaar bij het initiële incisiepunt en snijd 10 millimeter rostral.

Snijd daarna de huid rond het rechteroor en nabij het rechteroog door om de rechterzijde van de schedel en de musculus temporalis bloot te leggen. Zorg ervoor dat het breedste deel van het blootgestelde gebied ten minste zeven millimeter is. Trim vervolgens de huid verder als het chirurgische gebied moet worden uitgebreid.

Wrijf met een wattenstaafje in een cirkelvormige beweging over het oppervlak van de schedel om het periosteum van de schedel te verwijderen. Zorg ervoor dat er geen periosteum overblijft en dat de schedel volledig droog is, wat essentieel is voor een succesvolle bevestiging van de hoofdplaat. Scheid vervolgens met veerschaar en pincet de temporalisspier van de schedel.

Snijd en trek de spier lateraal terug tot het squamosum van het schedelbot is bereikt. Wees uiterst voorzichtig om de vena temporalis superficialis niet te beschadigen, die ter hoogte van het squamosum nabij het oog loopt, anders kan er een bloeding optreden. Beheers bloedingen met gel-foam die vooraf is geweekt in hersenbuffer.

Gebruik bij ernstige bloedingen een thermische cauterisator. Breng butylcyanoacrylaatlijm aan op de bloedende plaatsen. Om met deze procedure te beginnen, markeer dan eerst het bregma om de onderliggende hersengebieden te oriënteren, breng ethylcyanoacrylaatlijm aan langs de onderste rand van de hoofdplaat en lijm de hoofdplaat over het gebied van de craniotomie.

Vul daarna de open ruimte tussen de schedel en de hoofdplaat op met tandheelkundig cement, waarbij alleen het gebied van de craniotomie bloot blijft. Wacht vervolgens tot het tandheelkundig cement is gedroogd en uitgehard. Markeer daarna de regio van het schedelvenster door het oppervlak van de schedel licht te inkerven met de tandheelkundige boor.

Volg voorzichtig de oorspronkelijke inkeping met de boor om deze te verdiepen, waarbij u ervoor zorgt dat de boor niet door de schedel in de hersenen dringt. Wissel ondertussen elke paar minuten af tussen het boren en het depten van het schedeloppervlak met bevochtigde, opgerolde tissues. Deze zeer uitdagende beginfase vereist dat chirurgen door de verouderde schedel boren om deze vrij te maken voor verwijdering zonder de onderliggende cortex te beschadigen.

Langzaam is los, soepel is snel. Controleer tijdens het boren periodiek op doorbuiging van de schedel door er voorzichtig op te drukken met een pincet of de niet-draaiende boor. Zodra het bot begint door te buigen, stopt u met boren en dompelt u het gehele venster onder in hersenbuffer.

Wacht ten minste vijf minuten voor het verwijderen van de schedel om het bot te verzachten en om de kans te verkleinen dat de dura aan het bot blijft kleven, waardoor het proces van de schedelverwijdering wordt vergemakkelijkt. Voer vervolgens de schedelverwijdering uit, beginnend bij de anterieure rand. Wrik de loszittende schedel voorzichtig los van de dura met een pincet.

Zodra het bot los is en op de dura drijft, wordt het stevig met een pincet vastgepakt en van de dura weggetild. Zorg ervoor dat het bot nooit in de hersenen dringt. Gebruik een pincet en veerscharen om de dura voorzichtig open te scheuren en weg te knippen.

Er moet zorgvuldig worden gewerkt om te voorkomen dat het hersenparenchym en de bloedvaten beschadigd raken. Ga door totdat alle dura is verwijderd van de locatie van het craniële venster. Wanneer dit correct is uitgevoerd, zullen de hersenen er zeer schoon uitzien met duidelijk zichtbare bloedvaten en zonder vlekken.

Bespuit het dekglas met 70% ethanol en gebruik een spuitbus met perslucht om het voorzichtig te drogen. Zorg ervoor dat het glas volledig schoon is en dat er geen vlekken of stofdeeltjes aanwezig zijn. Bereid vervolgens 1,3% agarose door 200 milligram agarosepoeder op te lossen in 15 milliliter brain buffer en dit te verhitten.

Plaats een thermometer in de warme agarose en laat de agarose afkoelen tot net boven de stollingstemperatuur, circa 40 °C. Het afkoelen kan worden versneld door koud water over de buis te laten lopen, waarbij nauwgezet moet worden voorkomen dat er water in de agar terechtkomt. Roer voorzichtig met de thermometer terwijl de temperatuur wordt gemonitord.

Verwijder vlak voor het aanbrengen van de agar de hersenbuffer uit de schedelholte. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen of partikels aanwezig zijn, omdat deze de beeldvorming zullen verstoren. Zuig nu de agarose op met een transferpipetpunt en breng de agarose direct op de hersenen aan.

Plaats vervolgens snel het dekglas over het oppervlak en bevestig het dekglas met agarose-druppels op de hoeken. Hier wordt een fotomicrografie getoond van de brede unilaterale craniotomie, waarbij het bregma in elke afbeelding is aangegeven met een witte cirkel. Patronen van corticale activatie worden getoond in een muis die is geanestheseerd met 0,5% isofluraan na stimulatie van de contralaterale snorharen, auditieve stimulatie, contralaterale stimulatie van de voorpoot, contralaterale stimulatie van de achterpoot en visuele stimulatie van het contralaterale oog met een lichtgevende diode.

Er was sprake van midline-activatie bij alle vormen van sensorische stimulatie 10 tot 25 milliseconden na activatie van de primaire sensorische cortex. Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in drie tot vier uur worden voltooid. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om het bloedverlies tot een minimum te beperken en ervoor te zorgen dat de cortex niet beschadigd raakt.

Met behulp van deze procedure kunnen andere beeldvormingstechnieken, zoals optische beeldvorming, helpen om belangrijke vragen te beantwoorden, zoals de wijze waarop neurale dynamiek wordt beïnvloed door spontane activiteit in het gezonde en zieke brein. Na de ontwikkeling van deze techniek werd de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het veld van de systeemneurowetenschappen om interacties en neurale dynamiek tussen ruim verspreide corticale regio's bij muizen te onderzoeken. Deze video laat zien hoe u een grote laterale craniotomie bij de muis uitvoert met minimaal bloedverlies en minimale corticale schade, waardoor u de nodige gegevens kunt verzamelen om uw meest urgente wetenschappelijke vragen te beantwoorden.