لا تزال وظيفة المولد الكبار الخلايا العصبية الثدييات منطقة نشطة للتحقيق. الإشعاع المؤين يمنع ولادة خلايا عصبية جديدة. استخدام الكمبيوتر الموجهة التصوير المقطعي بالإشعاع التنسيق (CFIR)، ثلاثي الأبعاد التشريحية للاستهداف فئات معينة من السكان السلف العصبية ويمكن الآن أن تستخدم لتقييم دور وظيفي من تكوين الخلايا العصبية الكبار.
توصيف وظيفي للخلايا العصبية المولد الكبار لا تزال تمثل تحديا كبيرا. نهج لمنع تكوين الخلايا العصبية الكبار عن طريق تسليم الفيروسية الغازية أو حيوانات معدلة وراثيا لديها يفند المحتملة التي تجعل تفسير نتائج هذه الدراسات صعبة. أدوات الإشعاعية جديدة آخذة في الظهور، مع ذلك، أن تسمح لأحد للتحقيق noninvasively وظيفة مجموعات مختارة من الخلايا العصبية المولد الكبار خلال دقيقة ودقيقة استهداف التشريحية في الحيوانات الصغيرة. الإشعاعات المؤينة التنسيق يحول دون ولادة وتمايز الخلايا العصبية الجديدة، ويسمح استهداف مناطق محددة السلف العصبية. من أجل إلقاء الضوء على دور وظيفي المحتملة التي يلعب تكوين الخلايا العصبية طائي الكبار في تنظيم العمليات الفيزيولوجية، قمنا بتطوير تقنية التشعيع تنسيق موسع لمنع انتقائي ولادة الخلايا العصبية المولد الكبار في سماحة وسيطة طائي. نحن تصف طريقة لC omputer الموجهة التصوير المقطعيو ocal الأشعة تحت الحمراء (CFIR) تسليم لتمكين تشريحية دقيقة ودقيقة تستهدف في الحيوانات الصغيرة. يستخدم CFIR ثلاثي الأبعاد الحجمي التوجيه صورة لتوطين واستهداف جرعة الإشعاع، ويقلل من التعرض للإشعاع إلى مناطق الدماغ nontargeted، ويسمح لتوزيع جرعة امتثالي مع حدود شعاع حاد. هذا البروتوكول يسمح لأحد أن يسأل أسئلة بخصوص وظيفة الخلايا العصبية المولد الكبار، ولكن أيضا يفتح المناطق على الأسئلة في مجالات البيولوجيا الإشعاعية، البيولوجيا الورم، وعلم المناعة. وهذه الأدوات الإشعاعية تسهيل ترجمة الاكتشافات في مقاعد البدلاء إلى السرير.
وقد أثبتت الاكتشافات الحديثة أن المخ لدى الثدييات الكبار يمكن الخضوع لدرجة كبيرة من المرونة. تتولد الخلايا العصبية المولد الكبار طوال فترة البلوغ في محاريب المتخصصة في أدمغة الثدييات 1. ما هي وظيفة هذه الخلايا العصبية المولد الكبار؟ وأكثر من ذلك، وأنها لا تلعب دورا في علم وظائف الأعضاء والسلوك؟ وقد ركزت الدراسات على هذا الموضوع تقليديا على المنطقة subventricular من البطينين الوحشي والمنطقة جزئي التحبب من الحصين، ولكن الدراسات الحديثة قد تميزت تكوين الخلايا العصبية في مناطق الدماغ الأخرى مثل منطقة ما تحت المهاد الثدييات 2. وقد تم الإبلاغ عن تكوين الخلايا العصبية في الهايبوتلاموس بعد الولادة والبالغين 2-10، وتبقى وظيفة هذه الخلايا العصبية طائي حديثي الولادة منطقة نشطة للتحقيق.
توصيف وظيفي للخلايا العصبية المولد الكبار لا تزال تمثل تحديا كبيرا للحقل علم الأعصاب بشكل عام. تثبيط انتقائي من المواصفاتIFIC لا يزال السكان السلف العصبية محدودة بسبب عدم وجود الواسمات الجزيئية المتاحة التي هي فريدة من نوعها لاحد السكان السلف العصبية 11. وبالتالي، لا يزال الحذف الانتقائي للخلايا العصبية المولد الكبار من هذه الأسلاف العصبية عبر استهداف الوراثية صعبة. وبالمثل، والتسليم الفيروسية لاستهداف الخلايا العصبية الكبار المولد يعاني من المتغيرات التباس محتمل مثل إدخال إصابة والتهاب في البيئة 12.
أدوات الإشعاعية جديدة آخذة في الظهور، مع ذلك، أن تسمح لأحد أن الالتفاف على هذه يفند والتحقيق في هذه الأسئلة من خلال دقيقة ودقيقة استهداف التشريحية في الحيوانات الصغيرة. الإشعاع المؤين يمنع ولادة وتمايز الخلايا العصبية الجديدة، ويسمح أسلوب موسع لاستهداف السكان السلف العصبية 13-15. في الآونة الأخيرة، وصفنا منطقة جرثومي من سماحة متوسط طائي الثدييات (ME) أننا يسمى منطقة التكاثري طائي (HPZ) 2 </suع>. وجدنا أنه عندما أعطيت الشباب الكبار إناث الفئران حمية عالية الدهون (HFD)، كانت مستويات الخلايا العصبية في الفئران HFD تغذيها أعلى بكثير من تشاو وضعها الطبيعي (NC) ضوابط تغذية في هذه المنطقة ME 2. لاختبار ما إذا كان تكوين الخلايا العصبية الكبار داخل ME طائي ينظم عملية التمثيل الغذائي والوزن، وسعينا لتعطيل هذه العملية. وسماحة وسيطة هو بنية صغيرة من جانب واحد في قاعدة البطين الثالث من الهرمونات التي تم إصدارها التنظيمية. من أجل تمنع انتشار وتكوين الخلايا العصبية اللاحقة دون تغيير وظائف فسيولوجية أخرى من هذه المنطقة في الدماغ، قمنا بتطوير تقنية التشعيع تنسيق موسع لمنع انتقائي ولادة الخلايا العصبية الكبار المولود حديثا في فضيلة متوسط طائي 2.
وهناك عدد من الجماعات استخدمت الأشعة لقمع الخلايا العصبية في مناطق الكنسي 14-28. ومع ذلك، النهج الإشعاعية السابقة استهدفت بشكل عام مناطق واسعة، أو ofteن غير قصد استهدفت أيضا مناطق الدماغ متعددة حيث تم الإبلاغ عن تكوين الخلايا العصبية، مما يجعل من الصعب ربط بشكل لا لبس فيه أي عيوب السلوكية لاحظ مع عيوب في فئات معينة من السكان السلف العصبية. يتم توفير القدرة على التشعيع أكثر استهدافا من قبل منصات الإشعاعية التي تجمع بين ج omputer التصوير المقطعي الموجهة مع ocal و شعاع الأشعة تحت الحمراء (CFIR) تسليم لتمكين تشريحية دقيقة تستهدف 29-36. تتوفر لاستهداف السكان السلف العصبية محددة 35 الحزم الإشعاع صغيرة مثل 0.5 ملم في القطر. هذه المنهجية يسمح لنا لاستهداف ME طائي واعتقال ومنع انتشار الخلايا العصبية في الحيوانات الصغيرة. بعد العلاج الإشعاعي على هؤلاء السكان السلف والاختبارات الفسيولوجية والسلوكية لا يمكن أن يؤديها لإلقاء الضوء على وظيفة محتملة للخلايا المولد الكبار. استهداف التنسيق مهم بشكل خاص لطلبنا منذيقع الغدة النخامية على مقربة من سماحة متوسط طائي؛ تشعيع الغدة النخامية قد تؤثر على وظيفة الهرمونية وبالتالي إرباك النتائج.
الأساس البيولوجي لقمع الخلايا العصبية تشعيع التالية لا تزال غير واضحة. وقد اعتمدت الدراسات السابقة على الإشعاع الحزم مساحة واسعة، وخلصت إلى أن قمع الخلايا العصبية وتوسطت من خلال استجابة التهابية 14، 37. على هذا النحو فإنه من غير الواضح ما إذا كانت أشعة محورية للغاية يمكن قمع الخلايا العصبية، لأنها لا تستثير الاستجابة الالتهابية كبيرة. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات التي أجريت مؤخرا من قبل مجموعتنا في المنطقة العصبية في قرن آمون الكلاسيكية التي تشعيع التنسيق للغاية مع جرعة من 10 غراي يمكن قمع تكوين الخلايا العصبية لمدة 4 أسابيع على الأقل بعد التشعيع 35.
لاستجواب وظيفة الخلايا العصبية المولد الكبار طائي في سماحة وسيطة، ونحن نستخدم الإشعاع الدقة دevice القادرة على إيصال جهاز التصوير الطبقي في تركيبة مع أشعة الإشعاع صغيرة القطر لمنع تكوين الخلايا العصبية ME. باستخدام أنبوب الأشعة السينية تعلق على العملاقة التي تدور على مجموعة من 360 درجة، ونحن تقديم قوس شعاع شعاع الإشعاع الجزئي مع استخدام مرحلة عينة تسيطر آليا يسمح تناوب لموضوع الحيوان خلال فترة العلاج الإشعاعي (الشكل 1) . ويستخدم عالية الدقة للكشف عن الأشعة السينية للحصول على الصور عند الهزال هو في وضع أفقي 33. لهذه الدراسة، تم بناؤها الصور المقطعية مع حجم فوكسل الخواص من 0.20 ملم. على متن التصوير المقطعي يسمح بتحديد هدف في حين أن الحيوان هو في موقف العلاج. وكان مترجم الهدف باستخدام CT الملاحة تخطط جرعة البرمجيات، والتي تم تضمينها مع منصة الإشعاعية المتاحة تجاريا لدينا. بعد إضفاء الطابع المحلي على العائد على الاستثمار لدينا عن طريق التصوير CT، تم نقل الحيوان إلى موقف العلاج المناسب من قبل عينة المرحلة الروبوتية التي لديها أربعة ديجريس الحرية (X، Y، Z، θ). من خلال الجمع بين العملاقة والمرحلة الروبوت الزوايا، يمكن أن يتم تسليم الحزم من أي اتجاه نحو النسبية للحيوان، والعلاجات مثل قوس المجسم ممكنة 29. لهذه وجميع الدراسات التصوير الأخرى، تم وضع الفئران في جهاز الشلل الذي يسمح توصيل الغاز isoflurane ومخدر أثناء تقييد الحركة. السرير هو الشلل CT متوافقة، ويربط إلى مرحلة عينة الروبوتية 34.
ونحن نتوقع أن CFIR سيوفر التقدم المفاهيمي في عدد من المجالات البحثية. على الرغم من أننا استخدام الاستهداف الإشعاعية من سماحة متوسط طائي كدليل على مبدأ هذه التقنية، ويمكن استخدامها لاستهداف CFIR أي منطقة من جسم أي كائن نموذج صغير من حيث المبدأ. في العلوم العصبية، على سبيل المثال، ونحن نتصور يمكن استخدام هذه التقنية لتقييم وظيفة السكان السلف التكاثري بنشاط التي اقترحت لEXIS ر في أجهزة محيطة بالبطينات أخرى، مثل منطقة postrema 38، 39، 40 الجهاز تحت القبو، والغدة النخامية 41. الخلافات منذ فترة طويلة بشأن دور وظيفي من تكوين الخلايا العصبية الكبار وتحديد دور سببية في السلوك يمكن الآن أيضا أن تعالج على نحو أفضل. في الطائر المغرد، وهذا الأسلوب قد تناول دور الخلايا العصبية الكبار في الحفاظ على السلوك قوية والموسمية من أصوات العصافير 42، والتي تم تعوقها القدرة على تثبيط انتقائي الخلايا العصبية في مناطق محددة في الدماغ. فهم هذا النموذج السلوكي قوية قد تلقي نظرة جديدة في دور تكوين الخلايا العصبية الكبار في تنظيم السلوكيات ديمبرافيك جنسيا الأخرى. بدلا من ذلك، في مجال التمثيل الغذائي، CFIR يمكن استخدامها لاستكشاف جوانب دور انتشار الكبدية ودورها في عملية التمثيل الغذائي وتوازن الطاقة. ومما يعزز إمكانية التقدم المفاهيمي في المجالات البحثية متعددة من خلال إدخال هذه التقنية.
<p class= "jove_content"> في هذه الورقة، ونحن لشرح قدرات CFIR لالتشريحية دقة الاستهداف لتشعيع شعاع التنسيق. على الرغم من أننا وضعت في البداية منصة الأبحاث هذه الأشعة الحيوانات الصغيرة (SARRP) لدراساتنا، وأجهزة أخرى مماثلة هي الآن متاحة تجاريا التي يمكن أن تنجز مماثلة موجهة CT التشعيع التنسيق 43، 44. وبالتالي، فإننا تعميم هذا البروتوكول CFIR مع الخطوات المطلوبة لجميع منصات البحوث بدلا من تلك المحددة لSARRP. مزايا CFIR على النهج الإشعاعية السابقة لمنع تكوين الخلايا العصبية هي التي تسمح هذه التقنية ثلاثية الأبعاد الحجمي التوجيه صورة لتوطين واستهداف جرعة، جرعة امتثالي يقلل التعرض للمناطق الدماغ nontargeted، والهندسة عالية الدقة شعاع يسمح لتوزيع جرعة امتثالي مع حدود شعاع حاد. نحن الخطوط العريضة لكيفية استخدام التصوير المقطعي الموجهة لاستهداف الجرعة إلى منطقة تشريحية محددة، وعند القيام بذلك، وكيفية تصور الإشعاعجرعة التوزيع مباشرة في الأنسجة باستخدام تلطيخ المناعى للγ-H2AX، علامة من الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل فواصل 35، 45-48. استخدام هذا النهج لتشعيع انتقائي من محاريب العصبية قد تكون لها آثار كبيرة في الكشف عن الدور الوظيفي للخلايا عصبية جديدة المولد الكبار في علم وظائف الأعضاء والمرض.أشعة المقطعية المحورية الموجهة (CFIR) هي رواية ونهج نظام متكامل قادر على تقديم مجالات الإشعاع لأهداف في الحيوانات الصغيرة تحت السيطرة الروبوتية باستخدام CT-32 الإرشاد. قدرة CFIR لتقديم الحزم شديدة التركيز على نماذج حيوانية صغيرة توفر فرص جديدة للبحث لسد البحوث المخ?…
The authors have nothing to disclose.
نشكر C. Montojo، J. رييس، وM. درع للحصول على المشورة والمساعدة التقنية. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الامريكية الوطنية للصحة منح F31 NS063550 (لDAL)، جائزة باسل أوكونور كاتب الباحث والمنح المقدمة من صندوق Klingenstein وNARSAD (لSB). SB هو WM كيك الكرام الباحث الشاب في البحوث الطبية.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
SARRP research platform | Xstrahl | RS225A | http://www.xstrahl.com/xstrahlrs225.htm |
SARRP irradiation bunker | Xstrahl | Optional, but radiation exposure should be contained with alternative lead shielding | |
GAF chromic film | IPS | GAFchromic ETB2 | |
Mouse phantom | Gammex | 457 | Purchase 0.5 cm x 30 cm x 30 cm solid water slabs from Gammex and cut to desired size. |
Mouse anti-phospho-histone H2AX Ser139 antibody | Millipore, Inc. | 05-636 | clone JBW301 |
High-fat rodent diet | Research Diets | D12492i | 60% of the calories as fat, food should be irradiated |
Isoflurane | Baxter Healthcare Corporation | 10019-360-40 | |
0.01 M Sodium citrate | Fisher Scientific | 1.471 g of sodium citrate dissolved in 500 ml deionized water | |
Superfrost Plus slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
DAPI | Fisher Scientific | nuclear counterstain | |
Mounting medium | Fisher Scientific | Vectashield or Gelvatol is preferred |