Summary

Cirugía estereotaxia para la implantación de matrices de microelectrodos en el Marmoset común (Jacchus Callithrix)

Published: September 29, 2019
doi:

Summary

Este trabajo presenta un protocolo para realizar una implantación estereoquirúrgica y neuroquirúrgica de matrices de microelectrodos en el marmoset común. Este método permite específicamente grabaciones electrofisiológicas en animales que se comportan libremente, pero se puede adaptar fácilmente a cualquier otra intervención neuroquirúrgica similar en esta especie (por ejemplo, cánula para administración de fármacos o electrodos para estimulación cerebral).

Abstract

Los marmosets(Callithrix jacchus)son pequeños primates no humanos que están ganando popularidad en la investigación biomédica y preclínica, incluyendo las neurociencias. Filogenéticamente, estos animales están mucho más cerca de los seres humanos que los roedores. También muestran comportamientos complejos, incluyendo una amplia gama de vocalizaciones e interacciones sociales. Aquí, se describe un procedimiento neuroquirúrgico estereotaxico eficaz para la implantación de matrices de electrodos de grabación en el marmoset común. Este protocolo también detalla los pasos pre y postoperatorios del cuidado de los animales que se requieren para realizar con éxito una cirugía de este tipo. Por último, este protocolo muestra un ejemplo de potencial de campo local y registros de actividad de pico en un marmoset de trabajo libre 1 semana después del procedimiento quirúrgico. En general, este método proporciona una oportunidad para estudiar la función cerebral en marmosets despiertos y de comportarse libremente. El mismo protocolo puede ser fácilmente utilizado por los investigadores que trabajan con otros primates pequeños. Además, se puede modificar fácilmente para permitir otros estudios que requieren implantes, como electrodos estimulantes, microinyecciones, implantación de optrodes o cánulas guía, o ablación de regiones de tejido discretas.

Introduction

Los marmostes comunes (Callithrix jacchus) están ganando reconocimiento como un organismo modelo importante en muchos campos de la investigación, incluyendo la neurociencia. Estos primates del nuevo mundo representan un importante modelo animal complementario tanto para roedores como para otros primates no humanos (NCP), como el macaco rhesus. Al igual que los roedores, estos animales son pequeños, fáciles de manipular y relativamente económicos para cuidar y criar1,2,3,4,en comparación con los NCP más grandes. Además, estos animales tienen una propensión al hermanamiento y alta fecundidad en relación con otros NCP1,2,3. Otra ventaja que tiene el marmoset sobre muchos otros primates es que las herramientas modernas de biología molecular3,4,5,6,7 y un genoma secuenciado2 ,3,4,5,8 se han utilizado para modificarlos genéticamente. Tanto los animales que llaman con lentivirus5,como los animales noqueados que utilizan nucleasas de dedos de zinc (ZFN) y las nucleasas de efector similares a los activadores de transcripción (TALENS)7,han producido animales fundadores viables.

Una ventaja en relación con los roedores es que los marmotas, como primates, están filogenéticamente más cerca de los seres humanos3,5,6,9,10,11. Al igual que los seres humanos, los marmosets son animales diurnos que dependen de un sistema visual altamente desarrollado para guiar gran parte de su comportamiento10. Además, los marmosets exhiben complejidad conductual, incluyendo una amplia gama de comportamientos sociales como el uso de diferentes vocalizaciones3,permitiendo a los investigadores abordar preguntas que no son posibles en otras especies. Desde una perspectiva neurocientífica, los marmosets tienen cerebros lissencefalia, a diferencia del más comúnmente utilizado rhesus macaque9. Además, los marmosets tienen un sistema nervioso central similar a los humanos, incluyendo una corteza prefrontal más desarrollada9. Juntos, todas estas características posicionan los marmosets como un modelo valioso para estudiar la función cerebral en la salud y la enfermedad.

Un método común para estudiar la función cerebral consiste en implantar electrodos en lugares anatómicamente específicos mediante neurocirugía estereoonópica. Esto permite el registro crónico de la actividad neuronal en diferentes áreas objetivo en animales despiertos y que se comportan libremente12,13. La neurocirugía estereoócica es una técnica indispensable utilizada en muchas líneas de investigación, ya que permite la focalización precisa de las regiones neuroanatómicas. En comparación con la literatura de macacos y roedores, hay menos estudios publicados que describen la neurocirugía estereotaxia específica del marmoset, y tienden a proporcionar detalles escasos de los pasos involucrados en la cirugía. Por otra parte, aquellos con mayor detalle se centran principalmente en los procedimientos para el registro de electrofisiología en animales restringidos por la cabeza14,15,16,17.

Con el fin de facilitar una adopción más amplia de los marmotas como organismo modelo en la investigación de la neurociencia, el presente método define los pasos específicos necesarios para una neurocirugía estereotaxia exitosa en esta especie. Además de la implantación de matrices de grabación, como se detalla en el método actual, la misma técnica puede adaptarse para muchos otros fines experimentales, incluida la implantación de electrodos estimulantes para el tratamiento de enfermedades18 o la conducción causal comportamiento del circuito19; implantación de cánulas guía para la extracción y cuantificación de neurotransmisores20, inyecciones de reactivos, incluyendo los de inducir modelos de enfermedad12 o para estudios de rastreo de circuitos15; ablación de regiones de tejidos discretos21; implantación de optrodes para estudios optogenéticos22; implantación de ventanas ópticas para análisis microscópico cortical23; e implantación de matrices electrocorticográficas (ECoG)24. Por lo tanto, el objetivo general de este procedimiento es esbozar los pasos quirúrgicos involucrados en la implantación de matrices de microelectrodos para grabaciones electrofisiológicas crónicas en marmosets de comportarse libremente.

Protocol

Los experimentos con animales se realizaron de acuerdo con la Guía de Institutos Nacionales de Salud para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio y fueron aprobados por el Comité de ética del Instituto Santos Dumont (protocolo 02/2015AAS). 1. Preparación de la cirugía Conecte cada matriz de electrodos a un soporte de electrodo compatible con el marco estereotaxico que se utilizará. Conecte un soporte de electrodo al micromanipulador estereotaxico y ajuste un micro…

Representative Results

El propósito de este estudio fue describir un procedimiento neuroquirúrgico estereotaxico para la implantación de matrices de microelectrodos para grabaciones electrofisiológicas en el marmoset común. Una cirugía típica (desde la inducción de la anestesia hasta la recuperación de la anestesia) durará aproximadamente 5 a 7 h, dependiendo del número de matrices implantadas. Aquí, dos matrices fueron implantadas simétricamente, una en cada hemisferio cerebral. Cada matriz contenía 32 microcables de acero inoxi…

Discussion

Este trabajo proporciona una descripción detallada de los procedimientos involucrados en la implantación de matrices de registro de microelectrodos en el cerebro de la marmalseta. Este mismo protocolo se puede utilizar fácilmente al implantar electrodos, ya sean caseros o disponibles comercialmente, en otros primates pequeños. Además, se puede adaptar fácilmente para otros extremos experimentales que requieren una focalización precisa de las estructuras cerebrales. Por lo tanto, este protocolo es deliberadamente v…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores quieren agradecer a Bernardo Luiz por su asistencia técnica en el rodaje y la edición. Esta obra fue apoyada por el Instituto Santos Dumont (ISD), el Ministerio de Educación de Brasil (MEC) y la Coordenaéo de Aperfei-oamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

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

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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).

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