Neuroanatomiczne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego u wielu myszy
February 27th, 2011
Rezonans magnetyczny (MRI) staje się coraz bardziej popularnym narzędziem do badania fenotypu genetycznie zmienionych myszy. W artykule przedstawiono metody niezbędne do osiągnięcia wysokoprzepustowego fenotypowania genetycznie zmienionych myszy za pomocą rezonansu magnetycznego wielu myszy.
Ogólnym celem tej procedury jest osiągnięcie wysokiej przepustowości fenotypowania na żywych lub stałych myszach przy użyciu wielokrotnego rezonansu magnetycznego mózgu myszy. Osiąga się to poprzez uprzednie znieczulenie każdej myszy. Następnie, w celu skanowania in vivo, umieść każdą mysz na sankach o odpowiednim rozmiarze przed zamontowaniem w tablicy ładującej i umieszczeniem jej w otworze magnesu.
Lub w przypadku obrazowania ex vivo wykonaj perfuzję trans serca, wyizoluj strukturę czaszki i umieść ją w rurkach do obrazowania, które są następnie umieszczane w 16-kanałowym układzie cewek elektromagnetycznych umieszczonym w otworze magnesu. Ostatecznie można uzyskać trójwymiarowe objętości obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, które pokazują wysokiej jakości obrazy mózgu odpowiednie do fenotypowania, głównych i mniejszych struktur w mózgu myszy. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak histologia, jest to, że zachowuje ona ogólną anatomię próbek nadal w ich czaszkach i pozwala na pokrycie całego mózgu i analizę trójwymiarową.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinach biomedycznych, takie jak związek między genami a różnicami anatomicznymi, które reprezentują fenotypy w mysim modelu choroby. Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe w tej technice uznają rozwój niestandardowych układów zwijaczy myszy i zwijaczy o częstotliwości radiowej wymaganych do wysokoprzepustowego obrazowania mózgu. Najtrudniejsze Przed rozpoczęciem tego protokołu należy uzyskać zgodę na wszystkie procedury masowego obchodzenia się z instytucją, lokalnym komitetem ds. opieki nad zwierzętami, instytucjonalnym komitetem ds. opieki nad zwierzętami i ich użytkowania lub równoważnymi pierwszymi procedurami, takimi jak identyfikacja i waga.
Zapisy zwierząt powinny być prowadzone w komorze bezpieczeństwa biologicznego. Następnie przenieś zwierzęta do plastikowego pojemnika nadającego się do sterylizacji w autoklawie w celu transportu do komory indukcyjnej MRI. Znieczulenie zwierząt przeznaczonych do skanowania w ciepłej komorze indukcyjnej przy użyciu 4% fluoru ISO i czterech litrów tlenu na minutę.
Zwierzęta są w pełni znieczulone, gdy nie reagują na szczypanie łapy. Sierść z klatki piersiowej można usunąć za pomocą depilatora, takiego jak narośl, jeśli to konieczne, aby zapewnić lepszy kontakt z urządzeniami do monitorowania EKG i temperatury, które zostały wbudowane w niestandardowe sanki. Stosuj również ISV, takie jak łzy, naturalny PMM do oczu, aby zapobiec wysuszeniu i podawaj około 0,3 mililitra soli fizjologicznej we wstrzyknięciu podskórnym.
Aby nawodnić zwierzęta. Teraz załaduj myszy na indywidualne sanki z wbudowanymi sondami oddechowymi i temperaturowymi EKG. Uważaj, aby umieścić przednie i tylne wyrostki w zagłębieniach znajdujących się na sankach.
W przypadkach, gdy wymagane jest monitorowanie EKG, upewnij się, że wolne od włosów obszary na spodzie myszy pokrywają się z sondami EKG, unieruchamij każde zwierzę paskiem na głowę i paskiem na nos, a następnie wsuń każde sanie do otwartej stożkowej rurki o pojemności 50 mililitrów. Podczas jednej sesji obrazowania można przygotować do skanowania do siedmiu żywych myszy. Następnie zamontuj stożkowe rurki na tablicy załadowczej.
Upewnij się, że wszystkie linie monitorowania fizjologicznego są podłączone po załadowaniu wszystkich zwierząt. Ustaw poziom fluoru w otworze magnesu na 2%, a poziom tlenu na osiem litrów na minutę. Teraz przetransportuj tablicę ładunkową do magnesu i umieść ją na systemie szynowym.
Użyj systemu szynowego, aby połączyć tablicę ładującą z ulem myszy, który jest przeznaczony do równomiernego ustawiania myszy w każdej cewce o częstotliwości radiowej umieszczonej w środku otworu magnesu. Po całkowitym włożeniu do magnesu, probówki wirówkowe dokują się do systemu dostarczania środka znieczulającego w cewkach RF, jak pokazano tutaj, fluor ISOF zmieszany z tlenem jest dostarczany z ula myszy i do próbki przez rurkę wzdłuż osi każdej pojedynczej cewki. Ta mieszanina gazów znieczulających przepływa do rurek obok myszy i jest zbierana przez aktywną jednostkę oczyszczającą przymocowaną z tyłu układu ładowania.
W zależności od odczytów fizjologicznych zwierząt, takich jak oddychanie i temperatura, poziom fluoru powinien być ustawiony w zakresie od 0,9 do 2%Teraz skanuj zwierzęta za pomocą szybkiej sekwencji echa pojemnika. Czas trwania każdego skanowania trójwymiarowego wynosi około trzech godzin, a wynikowa rozdzielczość obrazu wynosi 125 mikrometrów. Pamiętaj, aby monitorować odczyty EKG, oddech i temperaturę każdego zwierzęcia przez cały czas trwania skanowania.
Zwierzęta powinny być również utrzymywane w cieple podczas sesji skanowania za pomocą przepływu ogrzanego powietrza. Po zakończeniu skanowania wyjmij matrycę ładującą z magnesu i umieść ją w ciepłej komorze indukcyjnej wypełnionej 100% tlenem. Wyładuj zwierzęta z tub i przenieś je do plastikowych, szczelnych pojemników w celu transportu do szafy bezpieczeństwa biologicznego.
Na koniec umieść zwierzęta w ciepłej klatce wolnej od przeciągów i pozwól im dojść do siebie po znieczuleniu w celu obrazowania zwierząt exvivo. Po pierwsze, należy w pełni znieczulić zwierzęta za pomocą dootrzewnowego wstrzyknięcia kombinacji ketaminy i ksylazyny. Przed rozpoczęciem perfuzji oceń płaszczyznę chirurgiczną znieczulenia za pomocą uszczypnięcia palca u nogi lub łapy.
Otworzyć klatkę piersiową i wprowadzić igłę lub zestaw do bezpiecznego wlewu ze skrzydełkiem do lewej komory serca. Następnie przetnij prawą wyrocznię, aby rozpocząć perfuzję trans serca. Najpierw przepłukać 30 mililitrami o temperaturze pokojowej, jednym x buforowanym fosforanem soli fizjologicznej zmieszanym z jednym mikrolitrem na mililitr heparyny i dwiema milimolowymi rękami pro przy natężeniu przepływu około 100 mililitrów na godzinę.
Powinno to zająć około 20 minut. Następnie utrwalenie przejść z 30 mililitrami temperatury pokojowej, 4% aldehydu paraform zmieszanego z dwiema milimolowymi rękami pro w tempie 100 mililitrów na godzinę. Teraz odetnij zwierzę i usuń skórę, dolną szczękę, uszy i chrzęstny czubek nosa.
Następnie umieść pozostałą strukturę czaszki w 4% para formaldehydzie zmieszanym z dwiema milimolowymi wskazówkami pro i pozostaw na noc w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następnego dnia przenieś próbkę do roztworu jednego x buforowanego fosforanu soli fizjologicznej, zmieszanego z 0,02% azydkiem sodu za pomocą dwóch milimolowych rąk pro w celu konserwacji. Trójwymiarowy rezonans magnetyczny o wysokiej rozdzielczości przy natężeniu siedmiu tesli powinien trwać co najmniej cztery dni, ale nie dłużej niż dwa i pół miesiąca.
Po perfuzji. Umieść mózgi, które mają być zobrazowane, w 16-kanałowym układzie cewek elektromagnetycznych i umieść go w skanerze. Teraz zeskanuj próbki za pomocą szybkiej sekwencji echa wirowego.
Czas trwania skanowania wynosi około 12 godzin, a końcowe obrazy będą miały rozdzielczość izotropową 32 mikrometrów. Po zakończeniu skanowania wyjmij próbki z cewki obrazowania i umieść każdą czaszkę w 10% roztworze formaliny za pomocą dwóch milimolowych wskazówek pro w celu zachowania reprezentatywnego in vivo. Pokazano tutaj wiele obrazów mózgów myszy z jednego trzygodzinnego skanowania.
Na rysunku przedstawiono trzy osie oglądania dla każdej z siedmiu zeskanowanych myszy. Wyświetlany. Oto reprezentatywny obraz mózgu ex vivo w rozdzielczości izotropowej 32 mikronów. A tutaj możemy zobaczyć renderowanie 3D objętości obrazu ex vivo Po opanowaniu.
Ta technika in vivo może być wykonana w ciągu trzech do czterech godzin, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Technika ta może być wykorzystywana przez badaczy z wielu dziedzin biomedycyny do badania chorób takich jak toczeń, choroba Huntingtona i choroba Alzheimera w modelu mysim. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak obrazować zarówno na żywo, jak i utrwalać większość obiektów, aby uzyskać wysokiej jakości obrazy mózgu za pomocą MRI.
Dzięki za oglądanie.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia wysokowydajne fenotypiczne badanie genetycznie zmodyfikowanych myszy za pomocą obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI). Przedstawia metody dla żywych i fiksowanych myszy, podkreślając zalety MRI w porównaniu z tradycyjną histologią.
Kluczowe komponenty badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Biomedyczne obrazowanie
- Genetyka
Tło
- Rezonans magnetyczny (MRI) jest coraz częściej stosowany do fenotypowania w badaniach.
- Technika ta pozwala na zachowanie ogólnej anatomii, zapewniając szczegółowe obrazy.
- Jest szczególnie przydatna w badaniach genetycznie zmodyfikowanych modeli myszy.
- Wysokowydajne metody mogą poprawić efektywność zbierania danych.
Cel badania
- Przedstawić metody wysokowydajnego fenotypowania MRI myszy.
- Porównać MRI z tradycyjnymi technikami histologicznymi.
- Ułatwić zrozumienie relacji gen-fenotyp w modelach chorobowych.
Stosowane metody
- Znieczulenie myszy przed skanowaniem.
- Użycie tablicy ładunkowej do pozycjonowania wielu myszy w skanerze MRI.
- Monitorowanie parametrów fizjologicznych podczas skanowania.
- Przetokową perfuzę przez serce do przygotowania do skanowania ex vivo.
Główne wyniki
- Uzyskano wysokiej jakości trójwymiarowe objętości MRI.
- Technika ta pozwala na pełne pokrycie mózgu.
- Zachowuje struktury anatomiczne dla szczegółowej analizy.
- Ułatwia badanie anatomicznych różnic związanych z genetycznymi modyfikacjami.
Wnioski
- MRI jest cennym narzędziem do fenotypowania genetycznie zmodyfikowanych myszy.
- Ta metoda oferuje znaczne zalety w porównaniu z tradycyjną histologią.
- Wspiera badania nad genetycznymi podstawami chorób.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
High-throughput MRI phenotyping enables rapid anatomical characterization of genetically altered mouse models, supporting early target validation and mechanistic de-risking in neuroscience drug discovery. By preserving gross anatomy and providing whole-brain coverage at high resolution, this method delivers quantitative phenotypic data that improves predictive confidence in disease model relevance. It addresses a critical discovery-stage inflection point where anatomical phenotypes must be linked to genetic alterations to prioritize translational pathways.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through quantitative anatomical phenotyping of genetic models.
- Operational Value: Supports biological de-risking by providing reproducible, whole-brain structural readouts.
- Predictive Value: Enhances target confidence by correlating anatomical distinctions with gene function in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream assay standardization and reproducibility testing.
- Operational Value: Delivers isotropic volumetric outputs suitable for automated phenotyping pipelines.
- Scalability: Enables concurrent imaging of up to seven mice per session, increasing throughput for large-scale screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports disease-relevant system modeling by capturing anatomical phenotypes in fixed and live preparations.
- Mechanistic De-risking: Facilitates preclinical validation through longitudinal, non-destructive imaging of brain structure.
- Biomarker Alignment: Generates structural endpoints that can serve as translational biomarkers in neurodegenerative disease models.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical evaluation, enabling iterative assessment of anatomical phenotypes across model systems.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification via structural phenotyping of genetically altered mice.
- Screening: Provides assay-ready, standardized outputs with consistent resolution and coverage for compound effect evaluation.
- Analytics: Yields quantitative volumetric measurements enabling statistical comparison across conditions and genotypes.
- Translational Research: Connects discovery findings to preclinical continuity through preserved anatomy and reproducible imaging protocols.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across multiple projects and disease areas requiring neuroanatomical assessment.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in genotype-phenotype relationships.
- Operational Value: Ensures standardization, reproducibility, and scalability across multi-mouse imaging sessions.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, anatomically grounded phenotypic data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of targets based on validated disease model phenotypes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mouse handling, anesthesia, and physiological monitoring during imaging.
- Depends on access to high-field MRI systems and custom RF coil arrays for multi-mouse configuration.
- Necessitates standardized protocols for both in vivo and ex vivo workflows to ensure cross-site reproducibility.
- Involves adaptation considerations when transitioning between live and fixed specimen preparation.
- Includes practical limitations related to scan duration, anesthetic management, and specimen preservation timelines.
