Een craniotomie chirurgische ingreep voor chronische Brain Imaging
15 februari 2008
Deze video en protocol laten zien hoe je een met glas overdekt craniale venster in knaagdieren implantaat. Deze preparaten kunnen worden gebruikt voor chronische in vivo twee-foton beeldvorming van de neocortex loop van de tijd schalen van maanden. Het kan ook worden gebruikt voor andere vormen van beeldvorming, met inbegrip van optische intrinsieke signaal beeldvorming.
Beeldvormingstechnieken worden steeds belangrijker in de studie van de hersenfunctie. Onder hen heeft twee-foton lasermicroscopie zich ontwikkeld tot een uiterst nuttige methode omdat het de studie van de levende anta hersenen mogelijk maakt en met geschikte voorbereidingen. Deze techniek maakt het mogelijk om hetzelfde corticale gebied chronisch te observeren van minuten tot maanden.
In deze video laten we een voorbereiding zien voor chronische in vivo beeldvorming van de hersenen met behulp van twee foto microscopie. Dr. Carl Voda, een onderzoeker van het Howard Hughes Medical Institute bij Janelia Farm, was degene die de schedelvenster voorbereiding oorspronkelijk pionierde, die we vandaag zullen demonstreren. Hij en Ricardo moeten komen uit het laboratorium van Carlos Porter Cayo in het Department of Neurology aan de University of California Los Angeles.
Vandaag gaan we u de procedure laten zien voor het creëren van een schedelvenster voor chronische in vivo beeldvorming. Deze voorbereiding is erg nuttig omdat het mogelijk maakt om diep in de hersenen te beeldvormen met behulp van een twee-foton lasermicroscoop. Dus laten we beginnen.
Voordat de operatie begint, worden muizen verdoofd met isoflurine. 4% voor inductie, een punt halve tot 2% voor chirurgie, met behulp van I-A-C-U-C goedgekeurde procedures, het is belangrijk om staart en of teen prikken te gebruiken om ervoor te zorgen dat het dier volledig verdoofd is. Met behulp van een knipmachine voor knaagdieren wordt het haar van de achterkant van de nek tot aan de ogen geschoren.
Na het scheren wordt de muis op een stereotactische frame geplaatst, rustend op een waterrecirculatiedeken ingesteld op 37 graden Celsius, de kop wordt stevig vastgezet met behulp van oorstaven. Vervolgens wordt oogzalf aangebracht om te voorkomen dat het oog van het dier uitdroogt. Vervolgens worden dexamethason, 0,2 milligram per kilogram en carprofen vijf milligram per kilogram subcutaan toegediend.
Om zwelling van de hersenen en of een ontstekingsreactie respectievelijk te voorkomen. Voordat u met de operatie begint, zorg er dan voor om het operatiegebied te steriliseren door de huid af te vegen met drie afwisselende doppen van 70% alcohol en Betadine. Alle chirurgische instrumenten zijn vooraf gesteriliseerd met behulp van een glasparelsterilisaat met behulp van schaar die zijn besproeid met ethanol.
De huid over de bovenkant van de schedel wordt verwijderd, beginnend met een horizontale snede langs de basis van het hoofd, gevolgd door twee sneden in de rostrale richting, bijna de oogleden bereikend. Vervolgens twee schuine sneden die samenkomen in de middenlijn. Op dit punt wordt een druppel lidocaïne en epinefrine oplossing aangebracht op het periosteum om overmatig bloeden of pijn te voorkomen met een scalpel, het periosteum wordt teruggetrokken naar de randen van de schedel.
De musculatuur van de achterkant van de nek wordt ook licht teruggetrokken. Het volledige blootgestelde gebied van de schedel wordt vervolgens zachtjes geschraapt met een scalpel om een droge oppervlakte te creëren. Dit is erg belangrijk omdat het de lijm zal helpen beter te hechten wanneer deze later wordt aangebracht.
Zodra een beeldvormingssite is gekozen, is men klaar om eerst het schedelvenster te maken. Een cirkel van ongeveer vier millimeter in diameter wordt voorzichtig getekend met een pneumatische tandboor. Na een lichte boor wordt lidocaïne epinefrine oplossing weer op de schedeloppervlakte aangebracht.
Het boren wordt gestopt wanneer er een zeer dunne laag bot overblijft, meestal een neus. Dit stadium wordt bereikt door voorzichtig op het centrum van hun craniotomie te drukken om te voelen hoe het wijkt onder een druppel fysiologische zoutoplossing en gebruik maken van de bottrabecula. Een sponsachtige structuur van het bot.
De craniotomie wordt verwijderd van de schedel met een zeer dunne punttang. De fysiologische zoutoplossing is belangrijk omdat het de schedel zal helpen optillen en bloeding van de dura mater voorkomen. Vervolgens wordt gelfoam dat eerder is gedrenkt in fysiologische zoutoplossing aangebracht op de dura mater om eventuele kleine bloedingen die soms optreden wanneer de schedel wordt verwijderd te stoppen.
Nadat het dura mater oppervlak is gedroogd en ervoor is gezorgd dat er geen bloedingen zijn, wordt een steriele vijf millimeter glazen deksel voorzichtig op de dura mater gelegd. Een druppel cyanoacrylaat gebaseerde lijm wordt aangebracht op het tegenoverliggende hemisfeer op de schedel. Met behulp van een naald wordt de lijm voorzichtig rond het venster aangebracht zonder het onder het glas te leggen.
Lijm kan nu in een dunne laag over het hele oppervlak van de schedel worden aangebracht. Zodra de lijm is opgedroogd, wordt tandheelkundig acryl gemengd en aangebracht over het hele oppervlak van de schedel, ook een kleine rand van het deksel bedekken om het te bevestigen. Na het bevestigen van het deksel, wordt een klein putje gemaakt rond het venster met tandheelkundig acryl.
Een titanium staaf wordt ook ingebed in het tandheelkundig acryl. Deze staaf zal later worden gebruikt om de muis stevig op het podium van de microscoop te bevestigen. Voor beeldvorming is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de staaf op niveau is, zodat deze parallel loopt met een schedelvenster.
Het plaatsen van een stuk papier onder de staaf kan de staaf op niveau houden terwijl het acryl hardt, het tandheelkundig acryl wordt gedurende 10 minuten gelaten om uit te harden waarna de titanium staaf op zijn plaats is bevestigd. Het dier wordt vervolgens in een warme kooi geplaatst tot het hersteld is. Na herstel van de anesthesie kan het dier op dezelfde dag worden beeldvormd.
Deze film toont een stapel van 160 beelden genomen met vijf micrometer intervallen met onze op maat gemaakte twee-foton microscoop door een schedelvenster geplaatst over de somatosensorische cortex van een drie maanden oude GFPM muis. Deze transgene lijn van muizen toont GFP in een kleine subset van parmale neuronen. In laag
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze video demonstreert de implantatie van een met glas bedekt craniaal venster bij knaagdieren, waardoor chronische in vivo tweefoton-imaging van de neocortex over langere perioden mogelijk wordt. Deze techniek is essentieel voor het observeren van hersenfuncties en kan worden aangepast voor diverse imagingmethoden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
- In vivo studies
Achtergrond
- Beeldvormingstechnieken zijn essentieel voor het bestuderen van de hersenfunctie.
- Twee-foton laser microscopie maakt observatie van levende hersenen mogelijk.
- Deze methode maakt chronische observatie van corticale gebieden mogelijk.
- De preparatie van een craniële window is essentieel voor deze beeldvorming.
Doel van de studie
- Om een voorbereiding voor chronische in vivo imaging te demonstreren.
- Om de studie van hersenfuncties over een langere periode te vergemakkelijken.
- Om een protocol te bieden voor onderzoekers in de neurowetenschappen.
Gebruikte methoden
- Implantatie van een glazen schedelvenster.
- Twee-foton laser-microscopie voor beeldvorming.
- Chronische observatie van de neocortex.
- Samenwerking met experts in het vakgebied.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle implantatie van het craniële venster.
- Demonstratie van mogelijkheden voor chronische beeldvorming.
- Potentieel voor diverse beeldvormingsapplicaties.
- Bijdrage aan het begrip van de hersenfunctie.
Conclusies
- De preparatie van het craniële venster is effectief voor chronische beeldvorming.
- Deze methode verbetert de bestudering van levende hersendynamiek.
- Het opent nieuwe wegen voor toekomstig onderzoek in de neurowetenschappen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Chronische in vivo imaging maakt longitudinale beoordeling van target-interactie en pathway-modulatie in ziekterelevante systemen mogelijk, wat bijdraagt aan mechanische risicoreductie in de vroege ontdekkingsfase. Deze benadering biedt voorspellende zekerheid door structurele en functionele read-outs in de tijd te koppelen, wat go/no-go-beslissingen in workflows voor target-validatie en lead-identificatie ondersteunt. De methode verbetert de translationele continuïteit van de ontdekkingsfase tot de preklinische stadia door reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor portfoliotriage vast te stellen.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk via longitudinale observatie van corticale structuur en functie.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door herhaalde beeldvormingssessies mogelijk te maken om de consistentie van het doelwit te beoordelen.
- Voorspellende waarde: Faciliteert portfolio-triage door chronische beeldvormingsresultaten over langere perioden te koppelen aan mechanistische inzichten.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream evaluatie van verbindingen met stabiele beeldvormingsvensters.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid van de assay door chronische toegang tot hetzelfde corticale gebied.
- Strategische waarde: Maakt betrouwbare screening van verbindingen mogelijk door het leveren van kwantitatieve, tijdopgeloste structurele en functionele gegevens.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Sluit aan bij ziekterelateerde systemen door chronische beeldvorming van neocorticale dynamiek in transgene modellen mogelijk te maken.
- Operationele waarde: Ondersteunt de afstemming van translationele biomarkers door chronische monitoring van structurele en functionele veranderingen.
- Voorspellende waarde: Informeert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door beeldvormingsresultaten te koppelen aan preklinische validatie-eindpunten.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode integreert in het ontdekkingscontinuüm, van targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinisch werk, door chronische, kwantitatieve imaging-outputs te leveren die hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking ondersteunen.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van pathways via longitudinale beeldvorming van corticale structuur en functie.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid en reproduceerbaarheid door middel van stabiele craniale vensters die herhaalde metingen mogelijk maken.
- Analytica: Genereert kwantitatieve read-outs (bijv. dendritische dynamiek, calciumactiviteit, bloedstroom) die vergelijking tussen verschillende condities mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij preklinische continuïteit door chronische observatie van ziekte-relevante structurele en functionele veranderingen mogelijk te maken.
- Bedrijfsmatige hergebruikbaarheid: Fungeert als een herbruikbaar platform voor longitudinale studies over meerdere projecten en tijdspunten heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Predictieve betrouwbaarheid, targetvalidatie, vermindering van mechanistische ambiguïteit door chronische observatie.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van preparaten voor chronische beeldvorming.
- Strategische waarde: Betere go/no-go beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een late stadium via longitudinale gegevens.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van resultaten van chronische beeldvorming.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in microchirurgie, steriele techniek en in vivo imagingprotocollen.
- Afhankelijk van gespecialiseerde instrumentatie, waaronder tweefotonmicroscopen, stereotaxische frames en temperatuurbeheersingssystemen.
- Necessiteert cross-team standaardisatie van chirurgische procedures, imagingparameters en workflows voor data-analyse.
- Omvat overwegingen voor adaptatie over verschillende modelsystemen, inclusief transgene lijnen en ziektemodellen.
- Praktische beperkingen omvatten de afhankelijkheid van chirurgische vaardigheden, de potentie voor gliale littekenvorming na verloop van tijd en de noodzaak voor aseptisch onderhoud om de levensduur van het venster te waarborgen.
