Stereotaxic chirurgie voor implantatie van micro-elektrode arrays in de gewone marmoset (Callithrix jacchus)

Het algemene doel van deze procedure is om de chirurgische stappen die betrokken zijn bij de implantatie van micro-elektrodonderrode arrays voor chronische elektrofysiologische opname in vrij gedragen marmosets schetsen. Marmosets zijn kleine primaten die steeds vaker worden gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek. Deze dieren delen veel van de praktische en logistieke voordelen van knaagdieren.

Hun neiging tot jumelage en hoge fecunditeit op jonge leeftijd betekent klaar toegang tot grote en genetisch vergelijkbare cohorten. Bovendien, hun kleine lichaamsgrootte maakt ze gemakkelijk en relatief goedkoop om voor te zorgen. Als primaten heeft de marmoset een centraal zenuwstelsel dat veel meer lijkt op een mens dan dat van een knaagdier.

Dit omvat een hoog ontwikkelde prefrontale cortex en visueel systeem. Een voordeel dat marmosets hebben ten opzichte van vele andere soorten primaten echter, is de vooruitgang die is geboekt bij het genetisch wijzigen van hen. Met een diep gesequenced genoom en succes genereren oprichter knock-in en knock-out dieren, is het duidelijk dat de marmoset is klaar om een krachtig model voor het bestuderen van de hersenfunctie in gezondheid en ziekte.

Een veel voorkomende methode voor studie hersenfunctie omvat het implanteren van elektroden in anatomisch specifieke locaties. Dit maakt het mogelijk om de neurale activiteit in verschillende doelgebieden in wakkere en vrij gedragende dieren chronisch te registreren. Voorafgaand aan de operatie bepalen de intraorale nul coördinaat voor alle implantaten en gidsen.

Om dit te doen, bevestig elke elektrode array die zal worden geïmplanteerd op een elektrode houder en stel een microdraad op de intraorale nul. Dit is waar de oorbalken elkaar ontmoeten. Herhaal dit indien nodig voor de extra elektrodearrays en houders.

Herhaal dit bovendien met een 24-meterige naald die op dezelfde manier is bevestigd aan een stereotaxic-sondehouder. Voor elektrofysiologische arrays moet een gronddraad worden gesoldeerd aan elke andere schroef die zal worden gebruikt. Tot slot, organiseren en steriliseren alle instrumenten, apparatuur en disposables ter voorbereiding van de chirurgische ingreep.

Op de dag van de operatie verzekeren het dier heeft niet gegeten voor zes uur voorafgaand aan het begin van anesthesie. Atropine en ketamine zullen worden gebruikt om anesthesie te induceren door sequentiële, intramusculaire injecties. Scheer vervolgens het hoofd van de dieren met kappersknippers.

Het is belangrijk om het dier in te tuberen tijdens de operatie. Onze voorkeur methode omvat het bevestigen van een elastische band aan de chirurgische tafel die we achter de dieren hoektanden terwijl het in een supine positie. Vervolgens gebruiken we een katoenen gepekelde sonde om de tong van de marmoset te drogen en in één hand te grijpen.

Hierdoor kan een technicus de mond en luchtwegen openen met slechts één hand. Na het inbrengen van de endotracheale buis, bevestig het aan de anesthesie assemblage met de kunstmatige ventilator ingesteld op 40 ademhalingen per minuut. Zet de buis vast en montage met tape, indien nodig.

Met de marmoset nu in gevoelige positie vast te stellen van het dier het hoofd in de stereotaxic frame. Steek hiervoor eerst de punt van de rechteroorbalk in het rechter gehoorkanaal van het dier. Gevolgd door de linker oorbalk in het linker gehoorgang.

Vervolgens moet het hoofd zodanig worden genivelleerd dat het horizontale vlak parallel loopt met het frame, terwijl het voorste/achterste vlak gecentreerd is. Dit wordt bereikt door eerst het hoofd van het dier te centreren met behulp van de metingen van de oorbalk die op gelijke afstanden zijn beveiligd. Hierna wordt het mondstuk in de mond van het dier ingebracht en aangepast totdat het het palet van het dier raakt, terwijl de orbitale staven de onderste rand van het orbitale bot raken.

Aangezien het horizontale vlak wordt gedefinieerd als het vlak dat door de onderste rand van het orbitale bot en het centrum van externe auditieve medius gaat, moet men ervoor zorgen dat het onderste oppervlak van het orbitale bot nu horizontaal is uitgelijnd met het midden van de oorbalken voordat u verdergaat. Tijdens de procedure is het belangrijk om alle vitale functies te behouden. Zo moet men een draagbare pulsoximeter aansluiten op de hand van de marmoset om ervoor te zorgen dat de hartslag en zuurstofverzadiging binnen de aanvaardbare bereiken liggen.

Daarnaast zal een rectale temperatuur sonde aangesloten op een homeotherm verwarming pad ingesteld voor 37 graden Celsius, en geplakt op de staart, zal ervoor zorgen dat de marmoset lichaamstemperatuur niet negatief wordt beïnvloed door anesthesie. De laatste preoperatieve stap is het reinigen en ontsmetten van de geschoren kop van het dier met chloorhexidine en jodium, voordat het dier wordt bedekt met een gesteriliseerd chirurgisch veld. Voer een incisie uit in de middellijn van de hoofdhuid na het aanbrengen van een lokale pijnstiller op deze site.

Om het oppervlak van de schedel voor te bereiden, maak je eerst voorzichtig de temporele spier los van de schedel. Dit wordt gedaan door het snijden van de fossa op het inbrengen in de schedel met een scalpel. Waarna de temporele spier voorzichtig van de schedel moet worden gescheiden, met behulp van een periosteale raspatory.

Doorgaan met de periosteal raspatory verwijder het periosteum uit alle blootgestelde schedel door schrapen. Markeer vervolgens de locatie van de craniotomie door ondiepe braamgaten in het botoppervlak te maken en de omtrek van de craniotomie uit te boren. Boor zes tot acht schroefgaten, indien nodig, in de schedel en implanteren de schroeven.

Op dit moment, wind de grond draden gesoldeerd aan een bepaalde schroef rond de aangrenzende losgeschroefde schroef. Verwijder het bot in het midden van de craniotomie met behulp van McPherson tangen. Terwijl de hersenen en dura mater zijn blootgelegd houden ze gehydrateerd met steriele zoutoplossing.

Om de dura-rijper te verwijderen, moet een naald van 25 of 26 meter bij ongeveer 90 graden worden gebogen om het doorboren en opheffen van het oppervlak van de duramater van het oppervlak van de hersenen te vergemakkelijken. Op dit punt, micro schaar worden gebruikt om de dura mater accijns. Bevestig de elektroden aan de stereotaxic micromanipulator en positioneer deze, zodat de elektrode zich op de gewenste voorste/achterste en mediale/laterale coördinaten bevindt.

Nu, laat het puntje van de elektrode zakken tot het het oppervlak van de hersenen raakt. Steek de array langzaam in de hersenen, totdat het de gewenste rug/ventrale coördinaten bereikt. Voeg een druppel zilververf tussen de gronddraad en elke schroef om een elektrische verbinding te garanderen.

Zet de elektrode vast aan de schedel door gebits acryl aan te brengen op de blootgestelde schedel, één schroef en de elektrodearray. Herhaal deze implantatieprocedure met eventuele extra arrays. Tot slot, met behulp van tandheelkundige acryl, maak een stevige kopkap rond de laterale omvang van de arrays en volledig in het geval de grond draden en eventuele blootgestelde schedel of schroeven.

Indien nodig kan men een steunbalk in de hoofdkap steken en deze op zijn plaats verzegelen met gebits acryl. Na de creatie van de hoofdkap hecht de huid als spier- of botweefsel wordt blootgesteld. Een antiseptische oplossing moet ook worden toegepast op de wond op dit moment.

Met de operatie voltooid is het tijd om te beginnen met herstel. Schakel eerst de isoflurane-toevoer uit, maar niet de zuurstof, en verwijder het dier uit het stereotaxic-frame. Plaats het dier op de verwarmingspagina, met de zuurstof die door de endotracheale buis wordt gehouden.

Wanneer het eerste teken van neurogene reflexen zoals laryngeale spasmen beginnen, verwijder de endotracheale buis. Zuurstof moet nu worden voorzien van een masker totdat het dier duidelijke tekenen van verdovingsherstel vertoont, zoals beschermende reflexen, posturale toon en pogingen om te verdoven. De marmoset moet individueel worden gehuisvest, en links om te herstellen in een schone kooi en ruimte voor 24 tot 48 uur, alvorens terug te keren naar het huis kooi.

Geïmplanteerde dieren moeten in aparte kooien worden gehuisvest. Het is belangrijk om het dier ten minste een uur na de operatie te observeren om te letten op tekenen van nood en in het bijzonder, ongecoördineerde bewegingen. Antibiotica en pijnstillers en ontstekingsremmers moeten worden toegediend in de dagen na de operatie om pijn te beheersen en infectie te voorkomen.

Bij succesvolle operaties moet het dier binnen drie tot vijf dagen volledig worden hersteld. Wij raden elektrofysiologische opnamesessies aan die ten minste een week na de operatie beginnen. Aan het begin van elke opnamesessie licht verdoven het dier met behulp van isoflurane en sluit de elektrode arrays connector aan op een neurale opname systeem.

Plaats het dier in de experimentele kamer en wacht op volledig verdovingsherstel voordat u met de opnames begint. Na een succesvolle operatie is het mogelijk om pieken en lokale veldmogelijkheden van de geïmplanteerde elektroden gedurende enkele weken vast te leggen. Uiteindelijk moet een definitieve bevestiging dat de elektrodearrays met succes in de doelstructuren werden geïmplanteerd post-mortem worden voorgevormd.

Nissl gekleurde secties met elektrosporen kunnen worden gebruikt om de positie van elke geïmplanteerde microdraad te bepalen. Chronische elektrofysiologische opnames bij wakker gedragende dieren zijn krachtige technieken die worden gebruikt in vele lijnen van neurowetenschappelijk onderzoek. Als de gemeenschappelijke marmoset biedt vele voordelen ten opzichte van historisch populaire modellen, het doel van deze video, is om te helpen andere neurowetenschappers nemen de gemeenschappelijke marmoset voor hun onderzoek.

Naast de implantatie van chronische opname-elektroden, zoals beschreven in deze video, kan hetzelfde stereotaxic-chirurgieprotocol worden aangepast voor vele andere experimentele doeleinden, waaronder implantatie van stimulerende elektroden, geleideblikjes en micro-injecties. Bij de aanpassing van dit protocol voor een van de genoemde technieken zal de chirurg de boorprocedure voornamelijk aanpassen aan de grootte van het gewenste implantaat. Bovendien is de grondprocedure niet nodig voor veel van deze technieken en kan dus worden weggelaten.

Ongeacht het experimentele doel, na het bekijken van deze video moet je een begrip hebben over hoe je stereotaxic neurochirurgie succesvol uit te voeren in de gemeenschappelijke marmoset.