Получение данных функциональной магнитно-резонансной томографии в состоянии покоя у крысы

Функциональная магнитно-резонансная томография в состоянии покоя, или фМРТ в состоянии покоя, становится все более популярным методом изучения функции мозга в состоянии покоя, не заданном задачей. Технологические достижения позволили адаптировать фМРТ в состоянии покоя для использования в моделях грызунов и могут быть использованы для выявления механизмов, лежащих в основе болезненных состояний. Протокол, описанный здесь, сочетает в себе низкие дозы изофлурана с низкими дозами дексмедетомидина, что позволяет получать данные высокого качества и сохранять функцию сети мозга.

Этот метод также позволяет осуществлять спонтанное дыхание и почти нормальную физиологию на срок до пяти часов. В этом видео мы рассмотрим мониторинг физиологии крысы во время четырех различных фаз анестезии, индукции и подготовки животных, настройки животных, получения анатомического сканирования и получения сканирования в состоянии покоя с последующей оценкой качества данных. Используя систему для доставки ингаляционного анестетика, а также для очистки отработанных газов из всех необходимых областей, индуцируют анестезию с 2,5% изофлураном в 30% обогащенном кислородом воздухе.

После того, как животное обезболивается, извлеките его из камеры, взвесьте животное и поместите в носовой конус на грелку в помещении для приготовления, оставаясь при 2,5% изофлурана. Нанесите офтальмологическую смазочную мазь на каждый глаз, чтобы предотвратить пересыхание. Подтвердите глубину анестезии отсутствием реакции на защемление носка, используйте кусачки, чтобы сбрить квадратную область в два дюйма на нижней поясничной области спины животного непосредственно над хвостом.

Вводят 0,015 миллиграмма на килограмм раствора дексмедетомидина с внутрибрюшинной инъекцией в нижний правый квадрант живота с помощью иглы 25-го калибра. Выключите поток изофлурана из подготовительного пространства в колыбель животного. Переместите животное в колыбель для животных.

Надежно поместите передние зубы крысы в перекладиной. Нажмите носовой конус на нос, чтобы обеспечить плотное прилегать. Если носовой конус не покрывает нижнюю челюсть, Парапленка может быть использована для осторожного удержания челюсти закрытой, а также для уплотнения вокруг носового конуса.

Расположите дыхательную подушку под брюшком животного ниже грудной клетки и переместите ее до тех пор, пока форма волны дыхания не покажет глубокую впадину, сосредоточенную на каждом вдохе. Переходите к следующей фазе анестезии, когда дыхание составляет менее 40 вдохов в минуту. Вставьте эти ушные перекладиски в ушной канал, чтобы стабилизировать голову крысы в колыбели животного.

После того, как вы расположились, потяните вперед на перекладине укуса и убедитесь, что голова не двигается. Отнастройте носовой конус и парапленку по мере необходимости. Вставьте датчик температуры в предварительно смазанный одноразовый чехол.

Аккуратно вставьте температурный зонд примерно на 1/2 дюйма в прямую кишку и приклейте его к основанию хвоста медицинской лентой. Поместите зажим пульсоксиметра на плюсневую область задней ноги, убедив, что источник света находится в нижней части стопы. Вращение зажима может повлиять на сигнал, таким образом, создание держателя для удержания лапы и зажима в вертикальном положении приведет к большей стабильности.

Рассчитайте скорость инфузии по 0,015 миллиграмма на килограмм в час дексмедетомидина. Установите насос препарата на расчетную скорость инфузии и заполните линию инфузии. Используя спиртовую салфетку, очистите выбритую область, чтобы удалить любые блуждающих волос.

Защемляем кожу примерно на два пальца шириной выше основания хвоста. Вставьте 1/3 иглы линии инфузии в шатровую кожу. Прикрепите иглу к коже трехдюймовым куском широкой медицинской ленты.

Поместите второй кусок широкой медицинской ленты поверх первой поперек крысы и прикрепите к обеим сторонам колыбели животного. Критически важно, чтобы ферромагнитная игла была хорошо закреплена для предотвращения движения во время сканирования. Начинают инфузию подкожного дексмедетомидина.

Поместите кусок марли на переносицу крысы, чтобы создать ровную поверхность для катушки. Используйте бумажную ленту, которая не мешает сигналу МРТ, чтобы закрепить катушку на голове крысы, центрируя ее над мозгом. Положите бумажные полотенца поверх животного, прикрепив их к колыбели животного лабораторной лентой.

Если используется система воздушного отопления, оберните пластиковый лист вокруг всей люльки, чтобы вместить теплый воздух. Переместите животное в отверстие и настройте магнит. Уменьшите изофлуран до 1,5%, что приводит к устойчивому увеличению дыхания примерно до 45-50 вдохов в минуту.

Оставайтесь на этом уровне в течение всего времени анатомического сканирования. Используйте сканирование локализатора FLASH, чтобы убедиться, что мозг выровнен с изоцентром магнита. Перепозиционирование животного и повторите при необходимости.

Запустите сканирование локализатора RARE с более высоким разрешением и используйте этот результат сканирования, чтобы выровнять 15 сагиттальных срезов, центрированных по всему мозгу. Используя средний сагиттальный срез, выровняйте центральный осевой срез до декуссации передней комиссуры, которая выглядит как темное пятно. Обратите внимание на смещение фрагмента, которое будет использоваться позже при сканировании состояния покоя.

Приобретите 23 среза, используя осевые протоколы FLASH и RARE, чтобы помочь в регистрации в общем пространстве во время анализа после сканирования. Прокладка по всему мозгу с помощью последовательности PRESS. После завершения анатомического сканирования уменьшите изофлуран до 0,5-0,75%, регулируя так, чтобы дыхание животного было от 60 до 65 вдохов в минуту.

Оставайтесь на этом уровне не менее 10 минут, прежде чем начать сканирование состояния покоя, чтобы обеспечить стабильность. Когда физиология стабильна, приобретите 15-срезовое сканирование EPI, используя то же смещение среза, что и анатомический осевой ряд. После завершения каждого сканирования состояния покоя проверяйте качество с помощью независимого компонентного анализа для разложения данных на пространственные и временные компоненты.

Получите не менее трех высококачественных сканирований состояния покоя. Когда сканирование будет завершено, увеличьте изофлуран до 2% и прекратите подкожную инфузию дексмедетомидина. Снимите колыбель животного из магнитного отверстия и верните животное в подготовительное пространство.

Введите 0,015 миллиграмма на килограмм разбавленного раствора атипамезола в мышцу задней ноги крысы с помощью иглы 25-го калибра. Поместите крысу обратно в домашнюю клетку поверх грелки и следите за тем, пока животное не будет амбулаторным. Используя независимый анализ компонентов, оцените стабильность после каждого сканирования состояния покоя.

Здесь показан пример очень высокой стабильности. Обратите внимание, что пространственно компоненты имеют высокую региональность. В течение времени, показанного на средней панели, сигнал стабилен и непредсказуем, что свидетельствует об истинной активности мозга.

Спектр мощности внизу показывает преимущественно низкие частоты. Здесь показан шумовой компонент из того же сканирования. Обратите внимание на нерегиональность, высокочастотный временной ход и одиночный высокочастотный пик в спектре мощности.

Шумовые компоненты должны быть дешумированы во время анализа после сканирования. Наконец, этот компонент получен из сканирования, где анестезия не была стабильной. Отображаемый курс времени является переменным и нерегулярным.

Когда это происходит, необходимы улучшения в протоколе анестезии, как правило, в потолке носового конуса и очистке отработанных газов. Стабильность животного, как физически, так и физиологически, является ключом к получению высококачественных данных о состоянии покоя. Крайне важно, чтобы животное соответствовало физиологическим порогам, установленным перед переходом к следующей фазе анестезии.

Следуя этому методу выживания, фМРТ состояния покоя может использоваться в продольных исследованиях в сочетании с экспериментальными манипуляциями и для изучения моделей заболеваний. Комбинация низких доз изофлурана с дексмедетомидином, используемым в этом протоколе, позволяет проводить широкий спектр доклинических исследований для исследователей, заинтересованных в визуализации мозга грызунов в состоянии покоя.