Tutaj pokazujemy wspomagane dostarczanie wektorów wirusowych do kory mózgowej za pomocą rezonansu magnetycznego (MR) jako skuteczne i uproszczone podejście do osiągnięcia ekspresji optogenetycznej w dużych obszarach korowych w mózgu makaka.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj pokazujemy wspomagane dostarczanie wektorów wirusowych do kory mózgowej za pomocą rezonansu magnetycznego (MR) jako skuteczne i uproszczone podejście do osiągnięcia ekspresji optogenetycznej w dużych obszarach korowych w mózgu makaka.
W optogenetyce naczelnych (NHP) infekowanie dużych obszarów korowych wektorami wirusowymi jest często trudnym i czasochłonnym zadaniem. Tutaj demonstrujemy zastosowanie wspomaganego rezonansem magnetycznym (MR) wspomaganego konwekcji (CED) optogenetycznych wektorów wirusowych do pierwotnej kory somatosensorycznej (S1) i motorycznej (M1) makaków w celu uzyskania wydajnej, rozległej ekspresji korowej światłoczułych kanałów jonowych. Wektory wirusowe związane z adenowirusem (AAV) kodujące przesuniętą ku czerwieni opsynę C1V1 połączoną z białkiem żółtej fluorescencji (EYFP) wstrzyknięto do kory mózgowej makaków rezusów pod kontrolą MR. Trzy miesiące po infuzji obrazowanie epifluorescencyjne potwierdziło duże obszary ekspresji optogenetycznej (>130 mm2) w M1 i S1 u dwóch makaków. Co więcej, byliśmy w stanie zarejestrować wiarygodne reakcje elektrofizjologiczne wywołane światłem z obszarów odciągających za pomocą matryc mikroelektrokortykograficznych. Późniejsza analiza histologiczna i barwienie immunologiczne na reporterze ujawniły rozległą i gęstą ekspresję optogenetyczną w M1 i S1 odpowiadającą rozkładowi wskazanemu przez obrazowanie epifluorescencyjne. Technika ta pozwala nam uzyskać ekspresję na dużych obszarach kory mózgowej w krótszym czasie przy minimalnych uszkodzeniach w porównaniu z tradycyjnymi technikami i może być optymalnym podejściem do optogenetycznego dostarczania wirusa u dużych zwierząt, takich jak NHP. Podejście to wykazuje ogromny potencjał w zakresie manipulacji obwodami neuronalnymi na poziomie sieci ze specyficznością typu komórki w modelach zwierzęcych ewolucyjnie zbliżonych do ludzkich.
Optogenetyka to potężne narzędzie, które pozwala na manipulowanie aktywnością neuronalną i badanie połączeń sieciowych w mózgu. Wdrożenie tej techniki u naczelnych (NHP) może potencjalnie poszerzyć naszą wiedzę na temat wielkoskalowych obliczeń neuronowych, funkcji poznawczych i zachowania w mózgu naczelnych. Chociaż optogenetyka została z powodzeniem wdrożona w NHP w ostatnich latach1,2,3,4,5,6,7, wyzwaniem, przed którym stoją naukowcy, jest osiągnięcie wysokiego poziomu ekspresji w dużych obszarach mózgu u tych zwierząt. W tym przypadku zapewniamy skuteczne i uproszczone podejście do osiągnięcia wysokiego poziomu ekspresji optogenetycznej na dużych obszarach kory mózgowej u makaków. Technika ta ma ogromny potencjał, aby ulepszyć obecne badania optogenetyczne na tych zwierzętach w połączeniu z najnowocześniejszymi technologiami nagrywania8,9 i stymulacji optycznej10.
Wspomagane dostarczanie konwekcyjne (CED) to sprawdzona metoda dostarczania środków farmakologicznych i innych dużych cząsteczek, w tym wektorów wirusowych, do ośrodkowego układu nerwowego11,12,13. Podczas gdy konwencjonalne metody dostarczania obejmują wiele infuzji o małej objętości rozprowadzanych w małych obszarach mózgu, CED może osiągnąć szerszą i bardziej równomierną dystrybucję środka przy mniejszej liczbie wlewów. Sterowany ciśnieniem przepływ płynu (konwekcja) podczas infuzji pozwala na szerszą i bardziej równomiernie rozłożoną transdukcję tkanki docelowej podczas dostarczania wektorów wirusowych z CED. W ostatnich badaniach wykazaliśmy transdukcję, a następnie ekspresję optogenetyczną dużych obszarów pierwotnej kory motorycznej (M1) i somatosensorycznej (S1)9 i thalamus14 przy użyciu CED sterowanego rezonansem magnetycznym (MR).
Tutaj opisujemy użycie CED do osiągnięcia ekspresji optogenetycznej w dużych obszarach korowych za pomocą zaledwie kilku wstrzyknięć korowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Uniwersytet Kalifornijski, San Francisco Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) i są zgodne z Przewodnikiem po opiece i użytkowaniu zwierząt laboratoryjnych. Poniższą procedurę przeprowadzono na dwóch dorosłych samcach makaków rezusów w wieku 8 i 7 lat, o wadze odpowiednio 17,5 kg i 16,5 kg (małpa G i małpa J).
UWAGA: Stosuj standardowe techniki aseptyczne do wszystkich zabiegów chirurgicznych.
1. Obrazowanie podstawowe
2. Implantacja komory kompatybilnej z MR
3. Dostarczanie wektorów wirusowych
4. Produkcja komorowa kompatybilna z MR
5. Produkcja kaniuli odpornych na refluks13
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Konwekcyjne dostarczanie leków (CED) pod kontrolą MRI
Rozprzestrzenianie się wektora wirusowego monitorowano podczas infuzji CED pod kontrolą obrazowania MR w czasie rzeczywistym (Rycina 3A). W badaniu tym celem były obszary S1 i M1 u dwóch małp (Rycina 3B). Trójwymiarowe objętości dystrybucji oszacowano w analizie post-hoc obrazów MR (
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym miejscu przedstawiamy wykonalną i skuteczną technikę osiągania ekspresji optogenetycznej na dużą skalę w pierwotnej korze somatosensorycznej i ruchowej NHP za pomocą CED pod kontrolą MR. Zastosowanie CED pod kontrolą rezonansu magnetycznego ma znaczącą przewagę nad tradycyjnymi metodami infuzji wirusa w mózgu NHP. Jedną z takich zalet jest zdolność do osiągania ekspresji na dużych obszarach przy mniejszej liczbie wymaganych naparów. Na przykład, przy konwencjonalnych metodach, wielokrotne wstrzyknięcia 1-2 μl wekto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
PNS ma udziały finansowe w Neuralink Corp., spółce, która opracowuje terapie kliniczne wykorzystujące stymulację mózgu.
Ta praca była wspierana przez American Heart Association postdoctoral fellowship (AY), Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Reorganization and Plasticity to Accelerate Injury Recovery (REPAIR; N66001-10-C-2010), R01. NS073940 oraz przez Centrum Obrazowania Neurologicznego UCSF. Prace te były również wspierane przez Narodowy Instytut Zdrowia Dziecka i Rozwoju Człowieka im. Eunice Kennedy Shiver w Narodowym Instytucie Zdrowia w ramach Nagrody Numer K12HD073945, Waszyngtońskie Narodowe Centrum Badań nad Naczelnymi (WaNPCR, P51 OD010425) oraz Centrum Neurotechnologii (CNT, Centrum Badań Inżynieryjnych Narodowej Fundacji Nauki w ramach grantu EEC-1028725). Dziękujemy Camilo Diaz-Botia, Timowi Hansonowi, Viktorowi Kharazii, Danielowi Silversmithowi, Karen J. MacLeod, Julianie Milani i Blakely Andrews za pomoc w eksperymentach oraz Nan Tian, Jiwei He, Peterowi Ledochowitschowi, Michelowi Maharbizowi i Toni Haun za pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,2 ml wysokociśnieniowe rurki dożylne | Smiths Medical Inc., Dublin, OH, USA | 533640 | |
| 0,32 mm ID, 0,43 mm OD Rurki krzemionkowe | Polymicro Technologies | 1068150027 | |
| 0,45 mm ID, 0,76 mm OD Rurki krzemionkowe | Polymicro Technologies | 1068150625 | |
| AAV2.5-CamKII-C1V1-EYFP | Penn Vector Core, University of Pennsylvania | ||
| ABS plastik | Stratasys, MN, USA | ABSplus-P430 | |
| Antybakteryjna serweta do nacinania | 3M | 6650EZ | Ioban |
| Drape Dental Acrylic | Henry Schein, Inc. | 1013117 | Akrylowy środek |
| wiążący Windy | VWR International, LLC. | 10196-564 | Langenbeck Elevator, szeroki szew |
| cienki | McKesson Medical-Surgical Inc. | ||
| Gadoteridol | Prohance, Bracco Diagnostics, Princeton, NJ | 0270-1111-04 | |
| Laser do stymulacji światłem | Omicron-Laserage, Niemcy | Kompatybilna z PhoxX 488-60 | |
| MR Strzykawka 3 cc | Aparat Harvard, Holliston, MA, USA | 59-8377 | |
| Oprogramowanie do obrazowania MR | Kompatybilny z Pixmeo | OsiriX MD 10.0 | |
| MR | Pompa Aparatura Harvard, Holliston, MA, USA | Harvard PHD 2000 | |
| Rama stereotaktyczna kompatybilna z MR | KOPF | 1430M MRI | |
| Perifix Clamp Style Złącze cewnika | B-Braun, Betlejem, PA, USA | dotyczy | |
| plastikowe | Tworzywa sztuczne 1 | 0-80 x 1/8N | nylonowe |
| tytanowe | Crist Instrument Co., Inc. | 6-YCX-0312 | Wkręty samogwintujące do kości |
| Trephine | GerMedUSA Inc,SKU | :GV70-42 | |
| Drukarka 3D uPrinter SE | Stratasys, MN, USA | N/A | |
| Witamina E w kapsułkach | Pure Encapsulations, LLC. | DE1 | |
| Mokry, sterylna, wchłanialna żelatyna | Pfizer Inc. | AZL0009034201 | Pianka żelowa |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.