Verwerving van resting-state functionele magnetische resonantie beeldvormingsgegevens in de rat

Resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming, of rusttoestand fMRI, is een steeds populairdere methode geworden om de hersenfunctie te bestuderen in een rustende niet-taaktoestand. Technologische vooruitgang heeft het mogelijk gemaakt om de rusttoestand fMRI aan te passen voor gebruik in knaagdiermodellen en kan worden gebruikt om mechanismen te ontdekken die ten grondslag liggen aan ziektetoestanden. Het hier beschreven protocol combineert lage dosis isofluraan met lage dosis dexmedetomidine, waardoor gegevens van hoge kwaliteit kunnen worden verwerving en behoud van de hersennetwerkfunctie.

Deze methode maakt ook spontane ademhaling en bijna normale fysiologie mogelijk gedurende maximaal vijf uur. In deze video behandelen we monitoring van de fysiologie van de rat tijdens vier verschillende fasen van anesthesie, dierlijke inductie en voorbereiding, dierlijke opstelling, anatomische scanverwerving en resting-state scanverwerving gevolgd door kwaliteitsbeoordeling van de gegevens. Met behulp van een systeem om ingeademde verdovings- en afvalgassen uit alle benodigde gebieden te leveren, anesthesie induceren met 2,5% isofluraan in 30% zuurstofverrijkte lucht.

Zodra het dier is verdoofd, verwijdert u het uit de kamer, weegt u het dier en plaatst u het in de neuskegel op het verwarmingskussen in de voorbereidingsruimte en blijft het op 2,5% isofluraan. Breng oogheelkundige smeerzalf aan op elk oog om uitdroging te voorkomen. Bevestig de diepte van anesthesie door een gebrek aan teenknijpreactie, Gebruik tondeuses om een vierkant gebied van twee bij twee inch op het onderste lumbale gebied van de rug van het dier direct boven de staart te scheren.

Dien 0,015 milligram per kilogram dexmedetomidine-oplossing toe met een intraperitoneale injectie in het kwadrant rechtsonder in de buik met behulp van een naald van 25 gauge. Schakel de isofluraanstroom van de bereidingsruimte naar de dierenwieg. Verplaats het dier in de dierenwieg.

Plaats de voortanden van de rat stevig over en in de bijtbeugel. Duw de neuskegel over de neus om een strakke pasvorm te garanderen. Als de neuskegel de onderkaak niet bedekt, kan Parafilm worden gebruikt om de kaak voorzichtig gesloten te houden en tegelijkertijd rond de neuskegel af te sluiten.

Plaats het ademhalingskussen onder de buik van het dier onder de ribbenkast en plaats het totdat de ademhalingsgolfvorm een diepe trog toont die op elke ademhaling is gecentreerd. Ga naar de volgende fase van anesthesie wanneer de ademhaling minder dan 40 ademhalingen per minuut is. Steek die oorstangen in de gehoorgang om het hoofd van de rat in de dierenwieg te stabiliseren.

Eenmaal geplaatst, trekt u naar voren op de bijtstang en bevestigt u dat het hoofd niet beweegt. Lees indien nodig de neuskegel en Parafilm aan. Plaats de temperatuursonde in een voorgesmeerde wegwerpsondeafdekking.

Plaats de temperatuursonde voorzichtig ongeveer 1/2 inch in het rectum en plak deze met medische tape aan de basis van de staart. Plaats de pulsoximeterklem op het middenvoetsbeentje van de achtervoet en zorg ervoor dat de lichtbron zich aan de onderkant van de voet bevindt. Rotatie van de clip kan het signaal beïnvloeden, dus het creëren van een houder om de poot en clip rechtop te houden, zal leiden tot meer stabiliteit.

Bereken de infusiesnelheid voor 0,015 milligram per kilogram per uur dexmedetomidine. Stel de medicijnpomp in op de berekende infusiesnelheid en vul de infusielijn. Maak met een alcoholdoekje het geschoren gebied schoon om zwerfhaar te verwijderen.

Knijp de huid ongeveer twee vingerbreedtes boven de basis van de staart. Steek 1/3 van de naald van de infusielijn in de tenthuid. Bevestig de naald aan de huid met een stuk brede medische tape van 10 cm breed.

Plaats een tweede stuk brede medische tape over de eerste over de rat en bevestig deze aan beide zijden van de dierenwieg. Het is van cruciaal belang dat de ferromagnetische naald goed is vastgezet om beweging tijdens de scan te voorkomen. Begin met de infusie van subcutane dexmedetomidine.

Plaats een stuk gaas op de brug van de neus van de rat om een vlak oppervlak voor de spoel te creëren. Gebruik papieren tape, die het MRI-signaal niet verstoort, om de spoel aan het hoofd van de rat te vastzetten en deze over de hersenen te centreren. Leg papieren handdoeken over het dier en zet ze vast aan de dierenwieg met laboratoriumtape.

Als u een luchtverwarmingssysteem gebruikt, wikkelt u een plastic vel om de hele houder om de warme lucht te bevatten. Beweeg het dier in de boring en stem de magneet af. Verminder isofluraan tot 1,5%, wat resulteert in een gestage toename van de ademhaling tot ongeveer 45 tot 50 ademhalingen per minuut.

Blijf op dit niveau gedurende de duur van de anatomische scan. Gebruik de FLASH-lokalisatiescan om ervoor te zorgen dat de hersenen zijn uitgelijnd met het magneetisocentrum. Plaats het dier en herhaal indien nodig.

Voer de zeldzame lokalisatiescan met een hogere resolutie uit en gebruik deze scanuitvoer om 15 sagittale segmenten uit te lijnen die gecentreerd zijn over de hersenen. Lijn met behulp van het middelste sagittale segment het middelste axiale segment uit op de decussatie van de voorste commissure, die verschijnt als een donkere vlek. Noteer de segmentverschuiving die later in de resting-state scans moet worden gebruikt.

Verkrijg 23 segmenten met behulp van zowel de FLASH- als de RARE-axiale protocollen om te helpen bij de registratie van een gemeenschappelijke ruimte tijdens de analyse na de scan. Shim door de hele hersenen met behulp van de PRESS-sequentie. Na het voltooien van anatomische scans, verminder isofluraan tot 0,5 tot 0,75%, zodat de ademhaling van het dier 60 tot 65 ademhalingen per minuut is.

Blijf ten minste 10 minuten op dit niveau voordat u begint met het scannen van de rusttoestand om stabiliteit te garanderen. Wanneer de fysiologie stabiel is, moet u een EPI-scan van 15 segmenten maken met dezelfde slice offset als de anatomische axiale reeks. Nadat elke resting-state scan is voltooid, controleert u de kwaliteit met behulp van een onafhankelijke componentanalyse om de gegevens te ontleden in ruimtelijke en temporele componenten.

Verkrijg ten minste drie hoogwaardige rusttoestandscans. Wanneer het scannen is voltooid, verhoogt u de isofluraan tot 2% en stopt u de subcutane dexmedetomidine-infusie. Verwijder de dierenhouder van de magneetboring en breng het dier terug naar de bereidingsruimte.

Injecteer 0,015 milligram per kilogram van de verdunde atipamezoloplossing in de achterpootspier van de rat met behulp van een naald met een 25-gauge. Plaats de rat terug in de huiskooi bovenop een verwarmingskussen en controleer tot het dier ambulant is. Beoordeel de stabiliteit met behulp van een onafhankelijke componentanalyse na elke rusttoestandscan.

Hier ziet u een voorbeeld van een zeer hoge stabiliteit. Merk op dat de componenten ruimtelijk een hoge regionaliteit hebben. Binnen de tijdsverloop in het middelste paneel is het signaal stabiel en niet voorspelbaar, wat wijst op echte hersenactiviteit.

Het vermogensspectrum onderaan toont overwegend lage frequenties. Hier wordt een ruiscomponent van dezelfde scan weergegeven. Let op de niet-regionaliteit, de hoogfrequente tijdskoers en de enkele hoogfrequente piek in het vermogensspectrum.

Geluidscomponenten moeten tijdens de analyse na de scan worden gederuisd. Ten slotte is dit onderdeel van een scan waarbij anesthesie niet stabiel was. De weergegeven tijdscursus is variabel en onregelmatig.

Wanneer dit gebeurt, zijn verbeteringen nodig aan het verdovingsprotocol, meestal aan het plafond van de neuskegel en het opruimen van afvalgassen. Stabiliteit van het dier, zowel fysiek als fysiologisch, is de sleutel tot het verkrijgen van hoogwaardige rusttoestandgegevens. Het is absoluut noodzakelijk dat het dier voldoet aan de fysiologische drempels die zijn vastgesteld voordat het naar de volgende fase van anesthesie gaat.

Volgens deze overlevingstechniek kan rusttoestand fMRI worden gebruikt in longitudinale studies, in combinatie met experimentele manipulaties, en om ziektemodellen te verkennen. De combinatie van lage dosis isofluraan met dexmedetomidine die in dit protocol wordt gebruikt, maakt een breed scala aan preklinische studies mogelijk voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het in beeld brengen van de hersenen van knaagdieren in zijn rusttoestand.