Na podstawie korzystnej struktury neuroanatomicznej, system wzrokowy gryzoni oferuje unikalne możliwości oceny związków farmakologicznych i ich zdolności do pośredniczenia w neuroprotekcji1 lub efektach proregeneracyjnych2,3. Co więcej, umożliwia badania nad funkcjonalnymi i neuroanatomicznymi cechami mutantów myszy, czego przykładem jest niedawny przykład dla myszy pozbawionych białka rusztowania presynaptycznego Basgot4. Ponadto szerokie spektrum narzędzi uzupełniających pozwala na dodatkowe poznanie liczby komórek zwojowych siatkówki (RGC) i liczby aksonów RGC, a także aktywności RGC, np. za pomocą elektroretinografii i testów behawioralnych, a także określanie przegrupowań kory mózgowej za pomocą optycznego obrazowania sygnałów wewnętrznych. Najnowsze osiągnięcia techniczne w mikroskopii laserowej umożliwiają wizualizację in situ regeneracji RGC poprzez obrazowanie głębokiej fluorescencji tkanek w całych próbkach nerwu wzrokowego (ON) i mózgu. W tym podejściu histologicznym oczyszczanie tkanek na bazie tetrahydrofuranu w połączeniu z mikroskopią fluorescencyjną arkusza świetlnego pozwala na rozdzielczość pojedynczych włókien, które ponownie wchodzą do pozbawionego kofeiny ON i drogi wzrokowej 5. Chociaż takie techniki mogą być lepsze pod względem rozdzielczości i określania wzorców wzrostu, nie umożliwiają one powtarzalnych i podłużnych analiz poszczególnych zdarzeń wzrostu, które są szczególnie pożądane do oceny procesu długoterminowej regeneracji.
Rezonans magnetyczny ze wzmocnieniem kontrastowym został wykorzystany do minimalnie inwazyjnej wizualizacji projekcji siatkówkowo-tektalnej u myszy i szczurów6,7. Można to osiągnąć poprzez bezpośrednie dostarczanie do gałki ocznej jonów paramagnetycznych (np. Mn2+) do komórek siatkówki. Jako analog wapnia, Mn2+ jest włączany do somatów RGC za pośrednictwem bramkowanych napięciem kanałów wapniowych i aktywnie transportowany wzdłuż aksonalnego cytoszkieletu nienaruszonego ON i drogi wzrokowej. O ile gromadzi się w jądrach mózgowych projekcji wzrokowej, tj. w jądrze kolankowatym bocznym (LGN) i wzgórku górnym (SC), o tyle propagacja transsynaptyczna do pierwszorzędowej kory wzrokowej wydaje się nieistotna8,9, chociaż może wystąpić10,11. W sekwencjonowaniu MR paramagnetyczny Mn2 + zwiększa kontrast MR głównie poprzez skrócenie czasu relaksacji sieci spinowej T1 12. Taki rezonans magnetyczny wzmocniony Mn2 + (MEMRI) został z powodzeniem zastosowany w różnych badaniach neuroanatomicznych i funkcjonalnych szczurów, w tym w ocenie regeneracji i zwyrodnienia aksonów po urazie ON13,14, precyzyjnym mapowaniu anatomicznym projekcji siatkówkowo-tektalnej15, a także w określaniu charakterystyki transportu aksonalnego po leczeniu farmakologicznym16. Niedawne udoskonalenia w dawkowaniu, toksyczności i kinetyce neuronalnego wychwytu i transportu Mn2 +, a także ulepszone protokoły MRI rozszerzyły jego zastosowanie na badania na transgenicznych myszach9 przy użyciu 3 skanerów Tesli powszechnie stosowanych w praktyce klinicznej17.
Tutaj prezentujemy protokół MEMRI odpowiedni do podłużnego obrazowania in vivo projekcji siatkówkowo-tektalnej myszy i pokazujemy jego przydatność poprzez ocenę wzmocnienia sygnału zależnego od Mn2+ w naiwnych i różnych warunkach neurodegeneracji. Nasz protokół kładzie szczególny nacisk na pozyskiwanie danych MR w umiarkowanym polu magnetycznym 3 T, które jest ogólnie bardziej dostępne niż dedykowane skanery zwierząt. U myszy naiwnych pokazujemy, w jaki sposób intensywność sygnału specyficznego dla przewodu pokarmowego może znacznie i powtarzalnie wzrosnąć po zastosowaniu Mn2 + do ciała szklistego (ivit). Ilościowo, propagacja Mn2 + wzdłuż projekcji wzrokowej zachodzi niezależnie od normalnego procesu starzenia się (mierzonego między 3 a 26 miesiącami myszy), a augmentacja jest oporna na stymulację wzrokową i adaptację do ciemności. W przeciwieństwie do tego, wzbogacenie Mn2 + w ośrodkach wzgórza i śródmózgowia jest zmniejszone po ostrym urazie zmiażdżenia ON18, a także u myszy z nokautem nfkb1 (p50KO) cierpiących na spontaniczną apoptozę RGC i zwyrodnienie ON19. W ten sposób, stanowiąc rozszerzenie konwencjonalnej analizy histologicznej, podłużna analiza MEMRI poszczególnych zwierząt umożliwia profilowanie unikalnej kinetyki procesów neurodegeneracyjnych. Powinno to okazać się przydatne w badaniach nad neuroprotekcją i regeneracją aksonów związaną z interwencjami farmakologicznymi lub genetycznymi.