共通マーモセットにおけるマイクロ電極アレイの移植のための立体外科手術(カリスリックス・ジャカス)
Summary
この研究は、一般的なマーモセットにおけるマイクロ電極アレイの立体的、神経外科的移植を行うプロトコルを提示する。この方法は、特に自由に振る舞う動物における電気生理学的記録を可能にするが、この種における他の同様の神経外科的介入(例えば、薬物投与のためのカニューレまたは脳刺激のための電極)に容易に適応することができる。
Abstract
マーモセット(カリスリックス・ジャカス)は、神経科学を含む生物医学および前臨床研究で人気を集めている小さな非ヒト霊長類です。系統的には、これらの動物はげっ歯類よりも人間にはるかに近い。彼らはまた、発声や社会的相互作用の広い範囲を含む複雑な行動を表示します。ここで、一般的なマーモセットに記録電極アレイを移植するための効果的な立体神経外科的処置が記載されている。このプロトコルはまた、このような手術を正常に行うために必要とされる動物ケアの術前および術後のステップについても詳述する。最後に、このプロトコルは、外科的処置の1週間後に自由に振る舞うマーモセットにおける局所場電位およびスパイク活性記録の例を示す。全体的に、この方法は、目覚め、自由にマーモセットを振る舞う脳機能を研究する機会を提供します。同じプロトコルは、他の小さな霊長類と協力する研究者によって容易に使用することができる。さらに、電極の刺激、マイクロインジェクション、オプトローデまたはガイドカニューレの移植、または離散組織領域のアブレーションなど、インプラントを必要とする他の研究を可能にするために簡単に変更することができます。
Introduction
一般的なマーモセット(カリスリックス・ジャカス)は、神経科学を含む多くの研究分野で重要なモデル生物として認知されています。これらの新世界の霊長類は、げっ歯類と他の非ヒト霊長類(HPS)(ケガサス・マカクなど)の両方に対する重要な補完動物モデルを表す。げっ歯類と同様に、これらの動物は小さく、操作が容易で、より大きなHGPと比較して、1、2、3、4を世話し、繁殖するために比較的経済的です。さらに、これらの動物は、他のPP1、2、3に対して双子と高いフェクティティの傾向を持っています。マーモセットが他の多くの霊長類よりも優れたもう一つの利点は、現代の分子生物学ツール3、4、5、6、7および配列ゲノム2,3,4,5,8は、それらを遺伝的に改変するために使用されている。レンチウイルス5を用いたノックイン動物と、亜鉛フィンガーヌクレアーゼ(ZFN)および転写活性化剤様エフェクターヌクレアーゼ(TALENS)7を用いたノックアウト動物は、いずれも生存可能な創始動物を生み出した。
げっ歯類に関する利点は、マーモセットは霊長類として、系統的にヒトに近い3、5、6、9、10、11である。人間と同様に、マーモセットは、彼らの行動の多くを導くために高度に発達した視覚システムに依存する日生動物です 10.さらに、マーモセットは、異なる発声3の使用などの広範な社会的行動を含む行動の複雑さを示し、研究者が他の種では不可能な質問に対処することを可能にする。神経科学的な観点から見ると、マーモセットは、より一般的に使用されるカゲスマカク9とは異なり、脳にリッサンスを持っています。さらに、マーモセットは、より高度に発達した前頭前皮質9を含む、ヒトに類似した中枢神経系を有する。これらすべての特性は、健康と病気における脳機能を研究するための貴重なモデルとしてマーモセットを位置づけます。
脳機能を研究するための一般的な方法は、立体神経外科を用いて解剖学的に特定の場所に電極を移植することを含む。これにより、目を覚まし、自由に行動する動物12、13の異なる標的領域における神経活動の慢性的な記録を可能にする。ステレオタキシック神経外科は、神経解剖学的領域の正確な標的化を可能にする研究の多くの行で使用される不可欠な技術です。マカク文献やげっ歯類の文献と比較して、マーモセットに特有の立体神経外科を記述する公開された研究は少なく、手術に関与するステップの詳細をまばらに提供する傾向があります。さらに、より詳細なものは、主に頭部拘束動物14、15、16、17における電気生理学記録の手順に焦点を当てている。
神経科学研究におけるモデル生物としてのマーモセットのより広い採用を容易にするために、本方法は、この種における立体神経外科手術の成功に必要な具体的なステップを定義する。記録アレイの移植に加えて、本方法で詳述したように、同じ技術は、疾患18の治療のための刺激電極の移植を含む他の多くの実験目的のために適応することができる18または因果的運転回路動作19;神経伝達物質20の抽出および定量のためのガイドカニューレの移植、試薬の注射、疾患モデル12または回路トレース研究15を誘発するためのものを含む;離散組織領域のアブレーション21;光遺伝学的研究のためのオプトローデの移植22;皮質顕微鏡分析のための光学窓の注入23;電気コルチコグラフィー(ECoG)アレイ24の移植.したがって、この手順の全体的な目標は、自由に振る舞うマーモセットにおける慢性電気生理学的記録のためのマイクロ電極アレイの移植に関与する外科的ステップを概説することです。
Protocol
動物実験は、実験動物のケアと使用のための国立衛生研究所ガイドに従って行われ、サントス・デュモン研究所倫理委員会(プロトコル02/2015AAS)によって承認されました。 1. 手術の準備 使用するステレオタックスフレームと互換性のある電極ホルダーに各電極アレイを取り付けます。 1つの電極ホルダーをステレオタックスマイクロマニピュレータに接続し…
Representative Results
本研究の目的は、一般的なマーモセットにおける電気生理学的記録のためのマイクロ電極アレイの移植のための立体神経外科的処置を記述することにあった。典型的な手術(麻酔誘導から麻酔回復まで)は、移植された配列の数に応じて、約5-7時間続きます。ここで、2つの配列を対称的に埋め込み、各脳半球に1つずつ移植した。各アレイには、基底神経節-コルチコカラミック回路のいくつか?…
Discussion
この研究はマーモセット脳のマイクロ電極記録配列の注入に関わる手順の詳細な説明を提供する。この同じプロトコルは、他の小さな霊長類で、自家製か市販かにかかわらず、電極を埋め込む際に容易に使用することができる。さらに、それは容易に脳構造の精密なターゲティングを要求する他の実験端のために合わせることができる。したがって、このプロトコルは、ステレオタックス座?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、撮影と編集の技術的な支援のためにベルナルド・ルイスに感謝したいと思います。この研究は、サントス・デュモン研究所(ISD)、ブラジル教育省(MEC)、コデナサオ・デ・アペルフェイソアメント・デ・ペソアル・デ・ニヴェル・スーペリア(CAPES)によって支援されました。
Materials
| Equipments | |||
| 683 Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus, Inc. | 55-0000 | |
| Anesthesia Assembly | BRASMED | COLIBRI | |
| Barber Clippers | Mundial | HC-SERIES | |
| Dental Drill | Norgen | B07-201-M1KG | |
| Homeothermic Heating Pad and Monitor | Harvard Apparatus, Inc. | 50-7212 | |
| Marmoset Stereotaxic Frame | Narishige Scientific Instrument Lab | SR-6C-HT | |
| Patient Monitor and Pulse Oximeter | Bionet Co., Ltd | BM3 | |
| Stereotaxic Micromanipulator | Narishige Scientific Instrument Lab | SM-15R | |
| Surgical Microscope | Opto | SM PLUS IBZ | |
| Instruments | |||
| Allis tissue forceps | Sklar | 36-2275 | |
| Alm Retractor, rounded point, 4×4 teeth | Rhosse | RH11078 | |
| Angled McPherson Forceps | Oftalmologiabr | 11301A | |
| Curved Surgial Scissors | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8422 | |
| Curved Tissue Forceps | Sklar | 47-1186 | |
| Delicate Dissection forceps | WPI | WP5015 | |
| Dental Drill Bit | Microdont | ISO.806.314.001.524.010 | |
| Essring Tissue Forceps | Sklar | 19-2460 | |
| FG 1/4 Dental Drill Bit | Microdont | ISO.700.314.001.006.005 | |
| Halsey Needle Holder | WPI | 15926-G | |
| Halstead Mosquito forceps | WPI | 503724-12 | |
| Hemostatic Forceps, Straight | Sklar | 17-1260 | |
| Jewler Forceps | Sklar | 66-7436 | |
| McPherson-Vannas Optathalmic microscissor, 3 mm point | Argos Instrumental | ARGOS-4004 | |
| Pereosteal Raspatory | Golgran | 38-1 | |
| Scalpal Handle | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8354 | |
| Screwdrivers | Eurotool | SCR-830.00 | |
| Sodering Iron | Hikari | 21K006 | |
| Surgical Scissor | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8400 | |
| Toothed forceps | WPI | 501266-G | |
| Disposables/Single Use | |||
| 1 ml sterile syringe with 26 G needle | Descarpack | 7898283812785 | |
| 130 cm x 140 cm surgical field, presterilized | ProtDesc | 7898467276344 | |
| 24G Needle, presterilized | Descarpack | 7898283812846 | |
| 50 cm x 50 cm surgical field, presterilized | Esterili-med | 110100236 | |
| Cotton Tipped Probes, Presterilized | Jiangsu Suyun Medical Materials Co. LTD | 23007 | |
| Cotton tipped Qutips | Higie Topp | 7898095296063 | |
| Electrode Array | Home made | ||
| Endotracheal tube without cuff, internal diameter 2.0 mm, outer diameter 2.9 mm | Solidor | 7898913077201 | |
| Tinned copper wire, 0.15 mm diameter | |||
| M1.4×3 Stainless steel screws | USMICROSCREW | M14-30M-SS-P | |
| Medical Tape | Missner | 7896544910102 | |
| Nylon surgical sutures | Shalon | N540CTI25 | |
| Scalpal Blade, presterilized | AdvantiVe | 1037 | |
| solder | Kester | SN63PB37 | |
| Sterile Saline 0.9% | Isofarma | 7898361700041 | |
| Sterile Surgical Gloves | Maxitex | 7898949349051 | |
| Sterile Surgical Gown | ProtDesc | 7898467281208 | |
| Surgical Gauze, 15 cm x 26 cm presterilized | Héika | 7898488470315 | |
| Gelfoam | Pfizer | ||
| Drugs/Chemicals | |||
| 0.25mg/ml Atropine | Isofarma | ||
| 10% Lidocaine Spray | Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. | 7896676405644 | |
| 2.5% Enrofloxacino veterinary antibiotic | Chemitec | 0137-02 | |
| Dexametasona Veterinary Anti inflammatory | MSD | R06177091A-00-15 | |
| Hydrogen Peroxide | Farmax | 7896902211537 | |
| Isoflourane | BioChimico | 7897406113068 | |
| Jet Acrylic polymerization solution | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Jet Auto Polymerizing Acrylic | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Ketamine 10% | Syntec | ||
| Lidocaine and Phenylephrine 1.8 ml local anesthetic | SS White | 7892525041049 | |
| Povidone-Iodine solutiom | Farmax | 7896902234093 | |
| Riohex 2% surgical Soap | Rioquímica | 7897780209418 | |
| Silver Paint | SPI Supplies | 05002-AB | |
| Tramadol chloride 50 mg/ml | União Química | 7896006245452 | |
| Refresh gel (polyacrylic acid) | Allergan |
References
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Cite This Article
Budoff, S. A., Rodrigues Neto, J. F., Arboés, V., Nascimento, M. S. L., Kunicki, C. B., Araújo, M. F. P. d. Stereotaxic Surgery for Implantation of Microelectrode Arrays in the Common Marmoset (Callithrix jacchus). J. Vis. Exp. (151), e60240, doi:10.3791/60240 (2019).