Funktionelle Abfrage der Erotik Hypothalamus Neurogenese mit Brennradiologische Hemmung

Summary

Die Funktion der Erwachsenen-geboren Säugetierneuronen bleibt ein aktives Forschungsgebiet. Ionisierende Strahlung hemmt die Entstehung neuer Nervenzellen. Mit Hilfe von Computer-Tomographie-geführte Brenn Bestrahlung (CFIR) können dreidimensionale anatomische Ausrichtung auf bestimmte neuronale Vorläuferpopulationen nun verwendet, um die funktionelle Rolle der adulten Neurogenese zu beurteilen.

Abstract

Die funktionelle Charakterisierung der Erwachsenen geborene Neuronen vor eine große Herausforderung. Ansätze über invasive virale Lieferung oder transgenen Tieren zu adulten Neurogenese hemmen, haben das Potenzial, die verwechselt Interpretation der Ergebnisse aus diesen Studien erschweren. Neue radiologischen Werkzeuge entstehen jedoch, dass ein nicht-invasiv zu untersuchen, die Funktion von ausgewählten Gruppen von Erwachsenen geboren Neuronen durch genaue und präzise anatomische Ausrichtung in kleine Tiere zu ermöglichen. Brenn ionisierende Strahlung hemmt die Entstehung und Differenzierung von neuen Nervenzellen und ermöglicht Targeting von spezifischen neuronalen Vorläufer Regionen. Um das Potenzial funktionelle Rolle, dass erwachsene Neurogenese Hypothalamus spielt bei der Regulierung der physiologischen Prozesse zu beleuchten, haben wir eine nicht-invasive Brennbestrahlungstechnik, um die Geburt von Erwachsenen geboren Neuronen im Hypothalamus Median Eminenz selektiv hemmen. Wir beschreiben ein Verfahren zur C omputer-Tomographie-geführtenf ocal ir-Strahlung (CFIR) Lieferung an präzise und genaue anatomische Targeting in kleine Tiere zu ermöglichen. CFIR verwendet dreidimensionale Volumenbildführung für die Lokalisierung und die Ausrichtung der Strahlendosis, minimiert die Strahlenbelastung für nontargeted Hirnregionen und ermöglicht konforme Dosisverteilung mit scharfen Strahl Grenzen. Dieses Protokoll ermöglicht es, Fragen in Bezug auf die Funktion der Erwachsenen-Neuronen geboren fragen, sondern eröffnet auch Bereiche, Fragen in den Bereichen Strahlenbiologie, Tumorbiologie und Immunologie. Diese Werkzeuge werden radiologische Übersetzung von Entdeckungen an der Bank auf dem Bett zu erleichtern.

Introduction

Jüngste Entdeckungen haben gezeigt, dass das Gehirn erwachsener Säuger kann einen bemerkenswerten Grad an Plastizität zu unterziehen. Adult-geboren Neuronen im Erwachsenenalter in spezialisierten Nischen des Säugetiergehirns ¹ erzeugt. Was ist die Funktion dieser Erwachsenen-Neuronen geboren? Und mehr noch, sie eine Rolle in der Physiologie und Verhalten zu spielen? Studien zu diesem Thema haben traditionell am Subventrikularzone der lateralen Ventrikel und der Subgranularzone des Hippocampus konzentriert, jedoch haben neuere Studien der Neurogenese in anderen Hirnregionen wie den Hypothalamus Säugetier ² gekennzeichnet. Neurogenese in der postnatalen und adulten Hypothalamus ^2-10 berichtet worden, und die Funktion dieser Neugeborenen hypothalamischer Neurone bleibt ein aktives Forschungsgebiet.

Die funktionelle Charakterisierung der Erwachsenen geborene Neuronen bleibt eine große Herausforderung für die Neurowissenschaften im Allgemeinen. Die selektive Hemmung der Spezifikationific neuralen Vorläuferpopulationen bleibt durch den Mangel an verfügbaren molekularen Marker, die spezifisch für einzelne neuronale Vorläuferpopulationen ¹¹ begrenzt sind. So bleibt selektive Löschung von Erwachsenen geboren Neuronen aus diesen neuralen Vorläuferzellen über genetische Targeting schwierig. Ebenso virale Lieferung an Erwachsene geboren Neuronen gezielt leidet Potenzial Störvariablen wie die Einführung von Verletzungen und Entzündungen in die Umwelt ^12.

Neue radiologischen Werkzeuge entstehen jedoch, dass man diese verwechselt zu umgehen und untersuchen diese Fragen durch genaue und präzise anatomische Ausrichtung in kleine Tiere zu ermöglichen. Ionisierende Strahlung hemmt die Entstehung und Differenzierung von neuen Nervenzellen und ermöglicht eine nicht-invasive Methode, um neurale Vorläuferpopulationen gezielt ^13-15. Vor kurzem hat eine Keim Region des Hypothalamus Säugetier Eminentia mediana (ME), dass wir die Hypothalamus proliferative Zone (HPZ) ² genannt haben wir beschrieben, </sup>. Wir haben festgestellt, dass bei jungen Erwachsenen weiblichen Mäusen eine fettreiche Diät (HFD) gegeben, Ebenen der Neurogenese im HFD-gefütterten Mäuse waren deutlich höher als ihre normalen Futter (NC) zugeführt Kontrollen in diesem Bereich ² ME. Um zu testen, ob adulte Neurogenese im Hypothalamus ME reguliert den Stoffwechsel und Gewicht, haben wir versucht, diesen Prozess zu stören. Die Eminentia mediana ist eine kleine einseitige Struktur an der Basis des dritten Ventrikels, von dem regulatorischen Hormone freigesetzt. Zur Vermehrung und anschließende Neurogenese, ohne die anderen physiologischen Funktionen dieses Hirnregion zu verhindern, entwickelten wir eine nicht-invasive Brennbestrahlungstechnik, um die Geburt des neugeborenen erwachsenen Neuronen im Hypothalamus Median Eminenz ² selektiv hemmen.

Eine Reihe von Gruppen Strahlung auf die Neurogenese im kanonischen Regionen ^14-28 unterdrücken beschäftigt. Allerdings haben frühere radiologische Ansätze in der Regel gezielt große Flächen, oder often unbeabsichtigt auch gezielt mehreren Hirnregionen, wo die Neurogenese wurde berichtet, so dass es schwierig ist, eindeutig alle mit Defekten in spezifischen neuralen Vorläuferpopulationen beobachteten Verhaltensdefekte zu assoziieren. Die Möglichkeit für weitere gezielte Bestrahlung durch radiologische Plattformen, c omputer-Tomographie-geführte Bildgebung kombiniert mit f ocal Strahl IR-Strahlung (CFIR) Lieferung, genaue anatomische ^29-36 Targeting ermöglichen. Strahlungsstrahlen so klein wie 0,5 mm im Durchmesser sind, um spezifische neurale Vorläuferpopulationen ³⁵ zielen. Diese Methode erlaubt uns, den Hypothalamus ME Ziel und verhaften Proliferation und blockieren die Neurogenese in kleinen Tiere. Nach radiologischen Behandlung auf diesen Vorläuferpopulationen, können physiologische und Verhaltenstests durchgeführt werden, um das Potenzial in Abhängigkeit von Erwachsenen geboren Zellen zu beleuchten. Focal-Targeting ist besonders wichtig für unsere Anwendung, da dieHirnanhangdrüse liegt in der Nähe der Hypothalamus Eminentia mediana; Bestrahlung der Hypophyse können Hormonfunktion beeinflussen und anschließend verwechseln Ergebnisse.

Die biologische Grundlage für die Unterdrückung der Neurogenese nach der Bestrahlung noch unklar. Vorherige Studien Strahlung auf großflächigen Strahlen verlassen, und haben festgestellt, daß die Unterdrückung der Neurogenese durch eine entzündliche Reaktion ^{14, 37} vermittelt. Als solches ist es unklar, ob hochBrenn Bestrahlung konnte die Neurogenese unterdrücken, da es nicht zu einem wesentlichen Entzündungsreaktion hervorzurufen. Die jüngsten Studien von unserer Gruppe der klassischen neurogenen Region im Hippocampus haben gezeigt, dass hochBrenn Bestrahlung mit einer Dosis von 10 Gy kann die Neurogenese für mindestens 4 Wochen nach der Bestrahlung ³⁵ zu unterdrücken.

Um die Funktion der Erwachsenen-geboren Neuronen im Hypothalamus Median Eminenz abzufragen, verwenden wir ein Präzisionsbestrahlung device der Lage ist, CT-Bildgebung in Verbindung mit kleinem Durchmesser Strahlen ME Genese hemmen. Verwendung einer Röntgenröhre an einem Portal, das über einen Bereich von 360 ° dreht, befestigt ist, liefern wir bogenMikroStrahlBestrahlungsStrahl unter Verwendung eines robotergesteuerten Probentisch, der die Drehung eines tierischen Patienten während der Bestrahlung (Fig. 1) ermöglicht . Ein hochauflösender Röntgendetektor wird verwendet, um Bilder zu erfassen, wenn die Gantry in der horizontalen Position ^33. Für diese Studie wurden die CT-Bilder mit einer isotropen Voxel-Größe von 0,20 mm rekonstruiert. Bord CT erlaubte die Identifizierung eines Ziel während sich das Tier in der Behandlungsposition. Das Ziel wurde mit der CT-Navigation Dosis-Planungs-Software, die mit unserem Handel erhältlich radiologische Plattform aufgenommen wurde lokalisiert. Nach der Lokalisierung unserer ROI durch CT-Bildgebung wurde das Tier in die entsprechende Behandlungsposition durch die Roboter-Probenbühne, die vier Grad bewegt hatRees Freiheits (X, Y, Z, θ). Durch eine Kombination von Portalroboter und Stufe Winkel können Strahlen aus nahezu jeder Richtung relativ zu dem Tier geliefert werden, und stereobogenartige Behandlungen möglich sind ^29. Für diese und alle anderen bildgebenden Untersuchungen wurden die Mäuse in einer Feststellvorrichtung, die die Lieferung von Narkosegas Isofluran ermöglicht, während die Bewegungsfreiheit einzuschränken positioniert. Die Immobilisierung Bett CT-kompatibel, und eine Verbindung mit dem Roboter-Probentisch ^34.

Wir erwarten, dass CFIR werden konzeptionelle Fortschritte in einer Reihe von Forschungsbereichen zu schaffen. Obwohl wir radiologische Ausrichtung der Hypothalamus Medianstellung als Beweis für das Prinzip dieser Technik kann CFIR verwendet, um jede Region des Körpers eines jeden kleinen Modellorganismus im Prinzip gezielt werden. In den Neurowissenschaften, zum Beispiel stellen wir uns diese Technik verwendet, um die Funktion aktiv proliferativen Vorläuferpopulationen, die Existenz vorgeschlagen worden sind, zu bewertent in zirkumventrikulären anderen Organen wie der Area postrema ^{38, 39,} Subfornikalorgans ⁴⁰ und ⁴¹ der Hypophyse. Langjährige Streitigkeiten über die funktionelle Rolle der adulten Neurogenese und die Identifizierung eine kausale Rolle im Verhalten können nun besser angesprochen werden. In Singvogel, kann diese Technik mit der Rolle von adulten Neurogenese bei der Aufrechterhaltung der robusten und saisonale Verhalten der Vogelgesang ^42, die durch die Fähigkeit zur selektiven Hemmung der Neurogenese in spezifischen Hirnregionen beeinträchtigt wurde. Das Verständnis dieser robusten Verhaltensmodell könnte neue Einblicke in die Rolle der Neurogenese bei der Regulierung anderer sexuell dimorphen Verhaltensweisen zu vergießen. Alternativ kann in der Stoffwechselfeld CFIR könnte verwendet werden, um Aspekte der Rolle von Hepatozyten-Proliferation und ihre Rolle im Stoffwechsel und Energiebilanz zu erkunden. Die Möglichkeit für die konzeptionelle Voraus in mehreren Forschungsrichtungen wird durch die Einführung dieser Technik verbessert.

<p class= "Jove_content"> In diesem Beitrag zeigen wir die Möglichkeiten von CFIR für präzise anatomische Ausrichtung der Bestrahlung einer Brennstrahl. Obwohl wir zunächst dieses kleine Tier Strahlung Forschungsplattform (SARRP) für unsere Studien entwickelt, sind nun andere ähnliche Geräte im Handel erhältlich, die ähnliche CT-gesteuerte Brenn Bestrahlung ^{43, 44} erreichen kann. Daher verallgemeinern wir dieses Protokoll mit CFIR Schritte für alle Forschungsplattformen eher als diejenigen, die spezifisch für SARRP erforderlich. Die Vorteile gegenüber bisherigen CFIR radiologischen Ansätze Genese hemmen, dass diese Technik ermöglicht dreidimensionale volumetrische Bildführung für die Lokalisierung und Ausrichtung der Dosis, konforme Dosis minimiert Einwirkung nontargeted Hirnregionen und hoher Präzision Strahlgeometrie ermöglicht konforme Dosisverteilung mit scharfen Strahl Grenzen. Wir beschreiben, wie CT-gesteuerte Bildgebung zu verwenden, um die Dosis zu einer bestimmten anatomischen Region ansprechen und auf diese Weise, wie man die Strahlung visualisierenDosisverteilung direkt im Gewebe unter Verwendung von immunhistochemischen Färbung für γ-H2AX, einem Marker der DNA-Doppelstrangbrüche ^{35, 45-48.} Die Verwendung dieses Ansatzes für die selektive Bestrahlung der neurogenen Nischen kann erhebliche Auswirkungen in enthüllt die funktionelle Rolle der neuen Erwachsenen-geboren Neuronen auf Physiologie und Krankheit.

Protocol

Tiernutzungs Holen Sie die Genehmigung von institutionellen Animal Care und Verwenden Ausschuss für Standard-Pflege und Nutzung Protokolle. Das derzeitige Protokoll wurde für Brenn Bestrahlung Studien über 5,5-10 Wochen alten erwachsenen C57BL6 / J-Mäusen entwickelt, wie früher beschrieben (Fig. 2) 2. Aber auch andere Zeiten und kleine Tierarten (Ratte, Hamster, Eichhörnchen Boden, etc.) können ebenfalls verwendet werden, sofern eine wirksame Anästhe…

Representative Results

Beurteilung der CT-gesteuerten Targeting und Genauigkeit Die mechanische Kalibrierung des Systems ist für die Gewährleistung, dass Strahlen, die von verschiedenen Winkeln schneiden sich alle in einem einzigen Punkt. Die Kalibrierung erfolgte mit einem halbautomatischen bildgestützte Verfahren, bei dem die Ausrichtungsgenauigkeit Ende-zu-Ende wurde gemessen zu 0,2 mm 29 bewerkstelligt sein. Diese Genauigkeit ist sehr kritisch, da das Volumen des Hypothalamus Median Eminenz Struktur…

Discussion

CT-gesteuerte Brenn Bestrahlung (CFIR) ist eine neue und vollständige Systemansatz der Lage ist, Strahlungsfelder, Ziele in kleinen Tiere unter Robotersteuerung mit CT-Führung ^32. Die Fähigkeit CFIR hoch fokussierten Strahlen auf kleine Tiermodellen liefern stellt neue Forschungsmöglichkeiten für Laborforschung und klinische Übersetzung brücken. Dieses Papier beschreibt die CFIR Ansatz für die präzise Bestrahlung Lieferung, gezielt eine Hypothalamus neuralen Vorläufer Bevölkerung. Wir zeigen hier, …

Materials

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