Транскраниальная оптическая визуализация позволяет широкополевую визуализацию спинномозговой жидкости переноса в коре живых мышей через нетронутый череп.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Транскраниальная оптическая визуализация позволяет широкополевую визуализацию спинномозговой жидкости переноса в коре живых мышей через нетронутый череп.
Спинномозговая жидкость (CSF) поток у грызунов в значительной степени были изучены с помощью ex vivo количественной оценки трассаторов. Такие методы, как двухфотонная микроскопия и магнитно-резонансная томография (МРТ), позволили ввиво количественно осваить поток CSF, но они ограничены уменьшением объемов изображений и низким пространственным разрешением, соответственно. Недавняя работа показала, что CSF входит в мозг паренхимы через сеть периваскулярных пространств, окружающих pial и проникающих артерий коры грызунов. Этот периваскулярный вход CSF является основным фактором глимфатической системы, пути, замешанного в очистке токсичных метаболических растворов (например, амилоида-Я). Здесь мы иллюстрируем новый макроскопический метод визуализации, который позволяет в режиме реального времени, мезоскопические изображения флуоресцентных трассаторов CSF через нетронутый череп живых мышей. Этот минимально инвазивный метод облегчает множество экспериментальных конструкций и позволяет однократное или повторное тестирование динамики CSF. Макроскопы имеют высокое пространственное и временное разрешение, а их большое гантри и рабочее расстояние позволяют выполнять изображения при выполнении задач на поведенческих устройствах. Этот подход к визуализации был проверен с помощью двухфотонных изображений и измерений флуоресценции, полученных из этой техники, которые сильно коррелируют с флуоресценцией ex vivo и количественной оценкой радиомаркированных трассировок. В этом протоколе мы описываем, как транскраниальные макроскопические изображения могут быть использованы для оценки глимфатического переноса у живых мышей, предлагая доступную альтернативу более дорогостоящим методам визуализации.
Цереброспинальная жидкость (CSF) купает мозг и спинной мозг и участвует в поддержании гомеостаза, поставки питательных веществ и регулирования внутричерепного давления1. CSF в субарахноидальном пространстве входит в мозг через сеть периваскулярных пространств (PVS) окружающих корковых pial артерий, а затем течет вниз по проникающим артериолям2. Оказавшись в паренхиме, CSF обменивается с интерстициальной жидкостью (ISF), несущей вредные метаболиты, такие как амилоидные (АЗ) и тау-протеины агрегаты из мозга через низкое сопротивление белого вещества трактов и перипетие пространства2,3 . Этот путь зависит от астроглиальных aquaporin-4 (АЗП4) каналов и, следовательно, был назван глиально-лимфатической (глимфатической) системы4. Отходы продуктов нейропила в конечном счете, очищается от CSF-ISF через лимфатические сосуды вблизи черепных нервов и в очернениях к шейки лимфатических узлов5. Отказ этой системы был замешан в нескольких неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера6,7, черепно-мозговая травма3, и ишемический и геморрагический инсульт8.
CSF транспорт может быть визуализирован путем вливание трассаторов в цистерны Magna (CM)9,10 и глимфатические исследования в прошлом в основном использовали два фотона микроскопии4,11,12, 13, магнитно-резонансная томография (МРТ)14,15,16,17,и ex vivo изображений3,6,11, 18 для оценки трассикккин кинетики. Двухфотонная микроскопия является подходящим методом для детальной визуализации трассаторов CSF в PVS и паренхимы из-за его высокого пространственного разрешения, однако, он имеет узкое поле зрения и требует инвазивного черепного окна или истончение черепа. Ex vivo визуализации, в сочетании с иммуногистохимии, позволяет многоуровневый анализ, начиная от одиночных клеток до всего мозга19. Тем не менее, процесс перфузии-фиксации, которая необходима для наблюдения посмертной ткани производит глубокие изменения в направлении потока CSF и разрушает PVS, значительно изменяя распределение и расположение трассировок12. Наконец, в то время как МРТ может отслеживать поток CSF по всему мурин и человеческого мозга, ему не хватает пространственного и временного разрешения периваскулярного потока.
Новая методика, транскраниальная макроскопическая визуализация, решает некоторые из этих ограничений, позволяя широкое поле изображения периваскулярного переноса CSF во всей коре дорсальной коры живых мышей. Этот тип изображения делается с эпифлуоресцентным макроскопом с использованием многополосного фильтра куба, tunable светодиодный источник света, и высокоэффективная камера CMOS10. Эти установки способны решать PVSs до 1-2 мм ниже поверхности черепа и может обнаружить фторфоры до 5-6 мм ниже корковой поверхности, оставляя череп полностью нетронутыми10. Многополосные фильтры и светодиоды, которые могут быстро настроить волнообразную длину возбуждения, позволяют использовать несколько фторофоров, позволяющих маркировать CSF трассирами различных молекулярных весов и химических свойств в одном эксперименте.
Эта процедура требует простой, минимально инвазивной хирургии, чтобы разоблачить череп и поместить леглегчайшую головную пластину, чтобы стабилизировать голову во время сеанса визуализации. Трассы могут быть доставлены в CM без бурения в череп е или проникать в корковую ткань пипетками или канюлями9,20. Оба канюли CM и головные пластины остаются стабильными в течение нескольких дней до нескольких недель и облегчить более сложные экспериментальные проекты по сравнению с классической визуализации конечных точек. Этот протокол описывает, как транскраниальная макроскопическая визуализация используется для изучения функции глимфатической системы после острой или хронической инъекции флуоресцентного трассировщика CSF в CM анестезиозных/спящих или бодрствуенных мышей.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все эксперименты были одобрены Университетским комитетом по ресурсам животных (UCAR, Протокол No 2011-023) в Университете Рочестера и проведены в соответствии с руководством NIH по уходу и использованию лабораторных животных.
1. Подготовка цистерны магна канюла, головная пластина, и головной держатель
2. Хирургическая процедура
3. Подготовка мыши для визуализации
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол варьируется в зависимости от того, будет ли эксперимент по визуализации проводиться на анестезии (начало на шаг 3.1) или бодрствовать (начало на шаг 3.2) мыши.
4. Настой флуоресцентных трассировок CSF
5. Настройка сессии визуализации
6. Эксперимент транскраниального оптического изображения
7. Анализ данных
ПРИМЕЧАНИЕ: Matlab-анализ, такой как фронтовое отслеживание CSF, может извлечь большие объемы количественных данных из фронтов трассировщика в этих наборах данных изображений10,22. Тем не менее, эти типы файлов также могут быть легко импортированы и проанализированы в программном обеспечении анализа изображений с открытым исходным кодом, как Фиджи23.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Приток CSF изображен на эпифлуоресцентном макроскопе(рисунок 1A),который позволяет мезоскопическую визуализацию переноса трассировщика CSF в морской коре. Пластина головы всего черепа позволяет визуализировать ростральные носовые кости, как лобные, так и теменовые кости в центре, и ростральную часть межпереральной кости caudally(рисунок 1B). Во время визуализации можно легко определить нософронтальные, сагитальные, корональные и лямбные швы(...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы описали подробный протокол для выполнения транскраниальных csF изображений у живых мышей с использованием коммерчески доступных флуоресцентных макроскопов и трассаторов. Этот метод прост и минимально инвазивный, но количественный. In vivo изображений хорошо коррелирует с чувствительными методами, такими как жидкий сцинтилляции подсчета радио-метки трассеров в том числе 3H-dextran и 14C-инулин после доставки CM, и с ex vivo корональной секции количественной10, <...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа финансировалась Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта и Национальным институтом по проблемам старения (Национальные институты здравоохранения США; R01NS100366 и RF1AG0575775 до MN), Фонд Leducq Трансатлантические сети передового опыта программы, и ЕС Горизонт 2020 научно-исследовательской и инновационной программы (грант No 666881; SVDs-target). Мы также хотели бы поблагодарить Дэна Сюэ за экспертную помощь с графическими иллюстрациями.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,25% бупивакаина гидрохлорида | Рочестерского университета Vivarium | ||
| 100 &микро; L Газонепроницаемый шприц Модель 1710 TLL, ПТФЭ Luer Lock | Hamilton Company | 81020 | |
| A-M Systems Стоматологический цементный порошок | Fisher Scientific | NC9991371 | |
| Carprofen | University of Rochester Vivarium | ||
| Chlorhexidine | Prevantics | B10800 | |
| CMOS Camera | Hammamatsu | ORCA Flash 4.0 | |
| Head Plate | Университет Рочестера | Нет каталога # | Custom made in the machine shop at University of Rochester |
| High-Temperature Cautery | Bovie Medical Corporation | AA01 | |
| Insta-set Accelerator | Bob Smith Industries | BSI-151 | |
| Isoflurane - Fluriso | Vet One | 502017 | University of Rochester Vivarium |
| Ketamine | Strong Memorial Hospital Pharmacy | ||
| Krazy Glue | Elmer's Products, Inc | Нет каталога #, см. ссылку в комментариях | https://www.amazon.com/Krazy-Glue-KG48348MR-Advance-Multicolor/dp/B000BKO6DG |
| Микропоровая хирургическая лента | Fisher Scientific | 19-027-761 | |
| Параформальдегид | Sigma-aldrich | P6148 | |
| PE10 - Полиэтилен .011" x .024" на фут., 100 фут непрерывный | Braintree Scientific | PE10 100 FT | |
| Насос 11 Elite Infusion Only Dual Шприц | Harvard Apparatus | 70-4501 | |
| PURALUBE VET МАЗЬ | Dechra | ||
| Puritan PurSwab Палочки для чистки с ватным наконечником | Fisher Scientific | 22-029-553 | |
| Исследовательский микроскоп Macro Zoom | Olympus | MVX10 | |
| Простая пластина-держатель головы (для мышей) | Narishige International США Inc | MAG-1 | |
| Одноразовые иглы, BD Medical | VWR | BD305106 | |
| Стерильные спиртовые прокладки для приготовления спирта | Fisher Scientific | 22-363-750 | |
| Настраиваемый светодиод | PRIOR Lumen 1600-LED | ||
| Ксилазин | Университет Рочестера Виварий |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.