Abordagem Cirúrgica Estereotaxic para Microinpor o Tronco Cerebral Caudal e Medula Espinhal Cervical Superior através da Cisterna Magna em Camundongos
Summary
A cirurgia estereotaxa para atingir locais cerebrais em camundongos geralmente envolve acesso através dos ossos do crânio e é guiada por marcos do crânio. Aqui descrevemos uma abordagem estereotaxa alternativa para atingir o tronco cerebral caudal e a medula espinhal cervical superior através da cisterna magna que se baseia na visualização direta de marcos do tronco cerebral.
Abstract
A cirurgia estereotaxa para atingir locais cerebrais em camundongos é comumente guiada por marcos do crânio. O acesso é então obtido através de orifícios de rebarba perfurados através do crânio. Esta abordagem padrão pode ser desafiadora para alvos no tronco cerebral caudal e cordão cervical superior devido a desafios anatômicos específicos, pois esses locais são distantes de marcos do crânio, levando à imprecisão. Aqui descrevemos uma abordagem estereutílica alternativa através da cisterna magna que tem sido usada para atingir regiões discretas de interesse no tronco cerebral caudal e cordão cervical superior. A cisterna magna estende-se do osso occipital até o atlas (ou seja, o segundo osso vertebral), é preenchida com fluido cefalorraquidiano, e é coberta por dura mater. Esta abordagem fornece uma rota reprodutível de acesso a estruturas selecionadas do sistema nervoso central (CNS) que são de outra forma difíceis de alcançar devido a barreiras anatômicas. Além disso, permite a visualização direta de marcos do tronco cerebral nas proximidades dos locais alvo, aumentando a precisão ao fornecer pequenos volumes de injeção para regiões restritas de interesse no tronco cerebral caudal e cordão cervical superior. Por fim, essa abordagem oferece uma oportunidade de evitar o cerebelo, que pode ser importante para estudos motores e sensoriais.
Introduction
Cirurgia estereotaxa padrão para atingir locais cerebrais em camundongos1 geralmente envolve fixação do crânio usando um conjunto de barras de ouvido e uma barra de boca. As coordenadas são então estimadas com base em atlas de referência 2,3, e marcos do crânio, ou seja, bregma (o ponto onde as suturas dos ossos frontais e parietal se unem) ou lambda (o ponto onde as suturas dos ossos parietal e occipital se unem; Figura 1A,B). Através de um orifício de rebarba no crânio acima do alvo estimado, a região alvo pode então ser alcançada, seja para entrega de microinjeções ou instrumentação com cânulas ou fibras ópticas. Devido à variação na anatomia dessas suturas e erros na localização de bregma ou lambda 4,5, a posição de zero pontos em relação ao cérebro varia de animal para animal. Embora pequenos erros de segmentação, que resultem dessa variabilidade, não sejam um problema para alvos grandes ou próximos, seu impacto é maior para áreas menores de interesse que são distantes dos pontos zero nos planos anteroposterior ou dorsoventral e/ou ao estudar animais de tamanho variado devido à idade, tensão e/ou sexo. Existem vários desafios adicionais que são únicos para a medula oblongata e a corda cervical superior. Em primeiro lugar, pequenas alterações nas coordenadas anteroposterioras estão associadas a mudanças significativas nas coordenadas dorsoventra em relação à dura, devido à posição e forma do cerebelo (Figura 1Bi)2,6,7. Segundo, a corda cervical superior não está contida no crânio2. Em terceiro lugar, a posição inclinada do osso occipital e a camada excessiva dos músculos do pescoço2 torna a abordagem estereotaxic padrão ainda mais desafiadora para estruturas localizadas perto da transição entre o tronco cerebral e a medula espinhal (Figura 1Bi). Finalmente, muitos alvos de interesse no tronco cerebral caudal e cordão cervical são pequenos2, exigindo injeções precisas e reprodutíveis 8,9.
Uma abordagem alternativa através da cisterna magna contorna esses problemas. A cisterna magna é um grande espaço que se estende do osso occipital até o atlas (Figura 1A, ou seja, o segundo osso vertebral)10. É preenchido com fluido cefalorraquidiano e coberto por dura mater10. Este espaço entre o osso occipital e o atlas abre quando a anteroflexão da cabeça. Ele pode ser acessado navegando entre as barrigas emparelhadas excessivamente do músculo longus capitis, expondo a superfície dorsal do tronco cerebral caudal. Regiões de interesse podem então ser alvo com base nos marcos dessas regiões se estiverem localizadas perto da superfície dorsal; ou usando o obex, o ponto onde o canal central se abre no ventrículo IV, como ponto zero para que as coordenadas alcancem estruturas mais profundas. Esta abordagem tem sido usada com sucesso em uma variedade de espécies, incluindo o rato11, gato12, rato 8,9, e primata não humano13 para atingir o grupo respiratório ventral, formação reticular medial medular, o núcleo do trato solitário, área pós-orssal. No entanto, essa abordagem não é amplamente utilizada, pois requer conhecimento de anatomia, um kit de ferramentas especializado e habilidades cirúrgicas mais avançadas em comparação com a abordagem estereotaxa padrão.
Aqui descrevemos uma abordagem cirúrgica passo a passo para alcançar o tronco cerebral e a medula cervical superior através da cisterna magna, visualizamos marcos, definimos o ponto zero (Figura 2), e estimamos e otimizamos coordenadas-alvo para a entrega estereotaxa de microinjeções nas discretas regiões de tronco cerebral e medula espinhal (Figura 3). Em seguida, discutimos as vantagens e desvantagens relacionadas a essa abordagem.
Protocol
Representative Results
Discussion
A cirurgia estereóxica padrão geralmente depende de marcos do crânio para calcular as coordenadas dos locais alvo no CNS1. Os locais alvo são então acessados através de orifícios de rebarba que são perfurados através do crânio1. Este método não é ideal para o tronco cerebral caudal, pois os locais alvo estão localizados distantes dos marcos do crânio nos planos anteroposterior e dorsoventral2 e como a anatomia do crânio e mú…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por R01 NS079623, P01 HL149630 e P01 HL095491.
Materials
| Alcohol pad | Med-Vet International | SKU: MDS090735Z | skin preparation for the prevention of surgical site infection |
| Angled forceps, Dumont #5/45 | FST | 11251-35 | only to grab dura |
| Betadine pad | Med-Vet International | SKU:PVP-PAD | skin preparation for the prevention of surgical site infection |
| Cholera toxin subunit-b, Alexa Fluor 488/594 conjugate | Thermo Fisher Scientific | 488: C34775, 594: C22842 | Fluorescent tracer |
| Clippers | Wahl | Model MC3, 28915-10 | for shaving fur at surgical site |
| Electrode holder with corner clamp | Kopf | 1770 | to hold glass pipette |
| Flowmeter | Gilmont instruments | model # 65 MM | to regulate flow of isoflurane and oxygen to mouse on the surgical plane |
| Fluorescent microspheres, polystyrene | Thermo Fisher Scientific | F13080 | Fluorescent tracer |
| Heating pad | Stoelting | 53800M | thermoregulation |
| Induction chamber with port hook up kit | Midmark Inc | 93805107 92800131 | chamber providing initial anasthesia |
| Insulin Syringe | Exelint International | 26028 | to administer saline and analgesic |
| Isoflurane | Med-Vet International | SKU:RXISO-250 | inhalant anesthetic |
| Isoflurane Matrix VIP 3000 vaporizer | Midmark Inc | 91305430 | apparatus for inhalant anesthetic delivery |
| Laminectomy forceps, Dumont #2 | FST | 11223-20 | only to clean dura |
| Medical air, compressed | Linde | UN 1002 | used with stimulator & PicoPump for providing air for precision solution injection |
| Meloxicam SR | Zoo Pharm LLC | Lot # MSR2-211201 | analgesic |
| Microhematocrit borosilicate glass pre calibrated capillary tube | Globe Scientific Inc | 51628 | for transfection of material to designated co-ordinates |
| Mouse adaptor | Stoelting | 0051625 | adapting rat stereotaxic frame for mouse surgery |
| Needle holder, Student Halsted- Mosquito Hemostats | FST | 91308-12 | for suturing |
| Oxygen regulator | Life Support Products | S/N 909328, lot 092109 | regulate oxygen levels from oxygen tank |
| Oxygen tank, compressed | Linde | USP UN 1072 | provided along with isoflurane anasthesia |
| Plastic card | not applicable | not applicable | any firm plastic card, cut to fit the stereotactic frame (e.g. ID card) |
| Pneumatic PicoPump ( or similar) | World Precision Instruments (WPI) | SYS-PV820 | For precision solution injection |
| Saline, sterile | Mountainside Medical Equipment | H04888-10 | to replace body fluids lost during surgery |
| Scalpel handle, #3 | FST | 10003-12 | to hold scalpel |
| Scissors, Wagner | FST | 14070-12 | to cut polypropylene suture |
| Spring scissors, Vannas 2.5mm with accompanying box | FST | 15002-08 | scissors only to open dura, box to elevate body |
| Stereotactic micromanipulator | Kopf | 1760-61 | attached to electrode holder to adjust position based on co-ordinates |
| Stereotactic 'U' frame assembly and intracellular base plate | Kopf | 1730-B, 1711 | frame for surgery |
| Sterile cotton tipped applicators | Puritan | 25-806 10WC | absorbing blood from surgical field |
| Sterile non-fenestrated drapes | Henry Schein | 9004686 | for sterile surgical field |
| Sterile opthalmic ointment | Puralube | P1490 | ocular lubricant |
| Stimulator & Tubing | Grass Medical Instruments | S44 | to provide controlled presurred air for precision solution injection |
| Surgical Blade #10 | Med-Vet International | SKU: 10SS | for skin incision |
| Surgical forceps, Extra fine Graefe | FST | 11153-10 | to hold skin |
| Surgical gloves | Med-Vet International | MSG2280Z | for asceptic surgery |
| Surgical microscope | Leica | Model M320/ F12 | for 5X-40X magnification of surgical site |
| Suture 5-0 polypropylene | Oasis | MV-8661 | to close the skin |
| Tegaderm | 3M | 3M ID 70200749250 | provides sterile barrier |
| Universal Clamp and stand post | Kopf | 1725 | attached to stereotactic U frame and intracellular base plate |
| Wound hook with hartman hemostats | FST | 18200-09, 13003-10 | to separate muscles and provide surgical window |
Referenzen
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