Çok Yönlü Nörobilim Teknikleri için Uyarlanabilir Açılı Stereotaktik Yaklaşım
7 Mayıs 2020
Burada açıklanan, açılı bir koronal yaklaşım kullanarak zorlu ve ulaşılması zor beyin bölgelerini (mekansal sınırlamalar nedeniyle) hedef alabilen stereotaktik bir prosedürdür. Bu protokol hem fare hem de sıçan modellerine uyarlanabilir ve kanül implantasyonu ve viral yapıların mikroenjectionları da dahil olmak üzere çeşitli nörobilimsel uygulamalara uygulanabilir.
Bu protokol, hem farelerde hem de sıçanlarda kullanılabilen uyarlanabilir, stereotaktik bir prosedür olduğu ve birçok yeni nörobilimsel tekniğe uygulanabildiği için önemlidir. Bu uyarlanabilir stereotaktik prosedürün ana avantajı, beynin zorlu ve ulaşılması zor bölgelerini hedeflemek için kullanılabilmesidir. Prosedürü göstermek, laboratuvarda genç, yetenekli bir doktora sonrası araştırma görevlisi olan Chelsea Faber olacak.
Çerçevenin ve mikromanipülatörün kalibre edildiğini onayladıktan sonra, merkez yükseklik göstergesini kafa tutucu taban plakasının soketine yerleştirin. Merkezleme dürbününü alet tutucuya sabitleyin ve dürbünü aşağı doğru bakın. Mikro manipülatörün konumunu, artı işaretleri hizalanana ve gösterge artı işaretlerine odaklanana kadar ayarlayın ve kulak çubuklarını, her iki taraftaki gösterge çizgileri sıfırda olacak şekilde tutuculara yerleştirin.
X ve Y düzlemlerindeki kulak çubuklarını merkez yükseklik göstergesinin artı işaretinin üzerinde ortalamak için baş tutucudaki medial-lateral ve ön-arka düğmeleri kullanın. Kulak çubuğu konumunu Z ekseninde hizalamak için kulak çubuklarını tutucudan çıkarın ve merkez yükseklik göstergesini çıkarın. Ardından, kulak çubuklarını değiştirin ve çubukları sıfırda yeniden ortalayın.
Ardından, dürbünü tekrar aşağı bakın ve dürbün artı işareti koronal dönüş boyunca kulak çubukları arasında ortalanmış kalana kadar kulak çubuklarını indirmek ve döndürmek için sırasıyla dikey kaydırma ve koronal eğim düğmelerini kullanın. Açılı koordinatlar için merkezi dönme eksenini hizalamak için, merkezleme kapsamını takım tutucuya sabitleyin ve mikro manipülatörü hesaplanan koordinata yerleştirin. Açılı implantasyon için sağ/sol koordinatın, A tarafının uzunluğuna karşılık geldiğine dikkat edin.Dürbünü aşağı doğru görerek, bu koordinatı, kafa döndürüldüğünde kanülün beyne gireceği noktayı temsil edecek şekilde işaretleyin.
Mikromanipülatörü orta hattın üzerine yeniden konumlandırın ve kafayı hesaplanan açıya döndürmek için koronal eğim düğmesini kullanın. Dürbün artı işareti referans işaretiyle aynı hizada değilse, artı işareti işarete mümkün olduğunca yakın hizalanana kadar Z eksenindeki baş konumunu ayarlamak için dikey kaydırma düğmesini kullanın. Bu noktada, keyfi dönme noktası, stereotax'ın dönme merkezi ile hizalanmalıdır.
Sonraki delme ve mikroenjeksiyon adımlarına geçmeden önce kafayı sıfır derece koronal konuma geri döndürün. Mikroenjeksiyonu gerçekleştirdikten sonra, kafayı sıfır derece seviye konumuna getirin ve fiberoptiğin kafatasının üzerine oturan yüksük kısmını yerleştirmek için açılı koordinat çapak deliklerinden yeterince uzağa öne ve arkaya iki delik yerleştirmek için bir el matkabı kullanın. Tüm delikler delindiğinde, kemik vidalarını beyne nüfuz etmeden kafatasına sıkıca oturacak şekilde mümkün olduğunca nazikçe yerleştirmek için küçük bir düz uçlu tornavida kullanın.
Bir fiberoptik kanülü kanül tutucusuna sıkıştırın ve kanül tutucuyu alet tutucuya yerleştirin. Mikromanipülatörün koordinatlarının yeni alet için geçerli olmadığına dikkat ederek kafayı hesaplanan açıya döndürün. İmplantasyon hedefi olarak açılı çapak deliklerinin merkezini kullanın.
Fiber optiği, çapak deliğinin ortasındaki duraya değene kadar indirin ve Z eksenindeki mikromanipülatörü sıfırlayın. Fiberoptiği yavaşça dorsal ventral açılı koordinata indirin, ardından fiber optik yüksüğü ipsilateral ankraj vidalarına bağlamak için siyanoakrilat jel kullanın. Bir hızlandırıcı uygulamak için bir mikropipet ucu kullanın.
Jel tamamen sertleştikten sonra, kanül tutucuyu yüksükten kurtulana kadar nazikçe gevşetin ve kaldırın. İkinci fiberoptiği kontralateral açılı koordinata implante edin, ardından kafayı düzleştirin. Ekstra güvenlik için, iki açılı fiberoptik kanül arasında ek bir bağlantı yapmak için siyanoakrilat jel ve hızlandırıcı kullanın ve ankraj vidalarını ve fiberoptik kanüllerin tabanını iyice örtmeye özen göstererek kafatasının yüzeyine küçük, nispeten ince miktarda diş çimentosu uygulayın.
Hipotalamus ventromedial çekirdek nöronlarının glisemik kontroldeki rolünü sorgulamak için, bu temsili analizde, ventromedial çekirdeğe bir inhibitör kanal rhodopsin virüsünün bilateral mikroenjeksiyonu için standart, açılı olmayan, stereotaktik bir yaklaşım kullanıldı. Ventromedial çekirdeğin orta hatta yakınlığı göz önüne alındığında, alan kısıtlamaları bilateral fiberoptiklerin açılı olmayan bir implantasyonuna izin vermedi ve bu da fiberoptiklerin belirli bir açıyla hassas bir şekilde implante edilmesi için cerrahi bir stratejinin geliştirilmesini gerektirdi. Hatırlanması gereken en önemli şeyler sabırlı olmak ve zaman ayırmaktır, çünkü koordinat görevlerinizle tutarlı ve doğru olmak başarı için kritik öneme sahiptir.
Bu prosedür, kemogenetik, optogenetik ve fiber fotometri yaklaşımları dahil olmak üzere kemirgen beynine mikroenjeksiyon veya implantasyon gerektiren herhangi bir nörobilimsel yönteme uyarlanabilir ve uygulanabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, hem fare hem de sıçan modellerinde zor erişilen beyin bölgelerine hedeflemek için açılı koronal yaklaşım kullanan stereotaktik bir prosedürü açıklar. Bu uyarlanabilir protokol, kanül implantasyonu ve viral konstrüktlerin mikroenjeksiyonu dahil olmak üzere çeşitli nörobilimi uygulamalarına uygulanabilir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Nöroşirürjik teknikler
- Hayvan modellerinde deneysel müdahaleler
Arka Plan
- Prosedür, zor beyin bölgelerine hassas hedefleme sağlar.
- Nörobilimdeki çeşitli tekniklere uyarlanabilir.
- Hem fare hem de sıçan modelleri için uygunluğu, uygulanabilirliği artırır.
- Mikroenjeksiyon veya implantasyon gerektiren tekniklerdeki gelişmeleri destekler.
Çalışmanın Amacı
- Zor beyin bölgelerine erişmek ve manipüle etmek için güvenilir bir yöntem geliştirmek.
- Nörobilimdeki çeşitli uygulamaları, optik genetik ve kimyagernetik gibi, kolaylaştırmak.
- Benzer teknikleri uygulamak isteyen araştırmacılara ayrıntılı bir protokol sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Yöntem, hedefli beyin prosedürleri için stereotaktik cerrahi içerir.
- Hem fare hem de sıçan modelleri, kanül implantasyonu gibi prosedürler için kullanılır.
- Çok ölçütlü iş akışlarından bahsedilmez.
- Ana adımlar arasında mikromanipülatörü kalibre etmek ve hassas implantasyon için koordinatları hizalamak bulunur.
- Protokol, başarılı sonuçlar için koordinat atamalarında hassasiyet vurgular.
Ana Sonuçlar
- Protokol, açılı implantasyon ve mikroenjeksiyon için gerekli adımları başarıyla özetlemektedir.
- Önemli prosedürel ayrıntılar, belirli beyin alanlarını hedeflemenin doğruluğunu sağlar.
- Uzaysal kısıtlamalara rağmen bilateral fiberoptik implantlar gerçekleştirme kapasitesini gösterir.
- Nöroşirürjikal müdahalelerde dikkatli planlama ve yürütmenin önemini vurgular.
Sonuçlar
- Bu protokol, zor erişilebilir beyin bölgelerine cihaz implante etmek için bir yöntem gösterir.
- Araştırma yeteneklerini geliştiren çeşitli nörobilimi yöntemlerini kolaylaştırır.
- Hedef bölgelerdeki davranışsal ve fizyolojik tepkileri anlama konusundaki etkiler genişler.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Targeting deep brain structures with precision remains a critical bottleneck in neuroscience-driven target validation, particularly for midline-adjacent nuclei where conventional stereotactic approaches fail due to vascular and ventricular constraints. This adaptable angled approach enables reliable access to otherwise inaccessible regions, supporting mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses in preclinical models. By facilitating consistent hardware implantation for optogenetics, chemogenetics, and fiber photometry, it enhances predictive confidence in target engagement studies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutically relevant nuclei such as the hypothalamic ventromedial nucleus in glucose homeostasis models.
- Operational Value: Supports bilateral viral vector delivery and fiberoptic implantation in spatially constrained brain regions.
- Strategic Value: Reduces failure rates in target modulation experiments due to inaccurate targeting.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares standardized, reproducible surgical platforms for downstream neuromodulation assays.
- Operational Value: Ensures consistent electrode or cannula placement across animals, reducing variability in readouts.
- Strategic Value: Enables scalable implementation of intracranial techniques in discovery screening campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Maintains anatomical fidelity when modeling human brain circuits in rodent systems.
- Operational Value: Supports longitudinal studies requiring stable intracranial hardware.
- Strategic Value: Improves reproducibility of behavioral and physiological endpoints in target validation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery biology phase, enabling precise target engagement before progressing to lead identification and preclinical efficacy testing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing via targeted neuronal inhibition or activation in disease-relevant circuits.
- Screening: Delivers assay-ready models with verified intracranial targeting for compound or modulator evaluation.
- Analytics: Generates quantifiable neural activity or behavioral outputs linked to precise anatomical targeting.
- Translational Research: Bridges discovery findings to preclinical validation through consistent target modulation.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable surgical framework applicable across multiple neuroscience techniques and brain targets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by minimizing off-target effects from misplaced implants.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized coordinate systems and angle-adjusted implantation.
- Strategic Value: Reduces resource waste from failed experiments due to inaccurate targeting.
- Portfolio Impact: Enables data-driven go/no-go decisions based on reliable target engagement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotactic surgery and coordinate system calibration.
- Dependent on precise micromanipulator alignment and angle adjustment capabilities.
- Necessitates validation of implantation accuracy via histological or imaging confirmation.
- Must account for species-specific brain anatomy when adapting between mouse and rat models.
- Relies on meticulous procedural execution to avoid tissue damage during angled tract insertion.
