مطيافية الرنين المغناطيسي الوظيفية في 7 ر في قشرة البرميل الجرذ أثناء تنشيط الخط الطولي
Summary
بعد التحقق من الدم الأكسجين-المستوى-تعتمد على الوظيفية تنشيط التصوير بالرنين المغناطيسي (جريئة الرنين المغناطيسي الوظيفي) أن البرميل somatosensory المقابلة الميدانية المنطقة اللحاء (تسمى S1BF) بشكل صحيح، الرئيسي والهدف من هذه الدراسة تحديد محتوى لاكتات التقلبات في أدمغة الفئران المنشط بالتحليل الطيفي الرنين المغناطيسي بروتون المترجمة (1ح-السيدة) في 7 ت.
Abstract
مطيافية الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) يتيح الفرصة لقياس المستقلب الدماغي المحتويات في فيفو ونونينفاسيفيلي. وبفضل التطورات التكنولوجية على مدى العقد الماضي، وزيادة قوة الحقل المغناطيسي، من الممكن الآن الحصول على قرار جيد الأطياف في فيفو في الدماغ الفئران. نيورونيرجيتيكس (أي، دراسة الأيض الدماغ)، وخاصة، الأيضية التفاعلات بين أنواع مختلفة من الخلية وقد اجتذبت اهتمام أكثر وأكثر في السنوات الأخيرة. بين هذه التفاعلات الأيضية، لا تزال تجري مناقشة وجود لاكتات مكوكية بين الخلايا العصبية وأستروسيتيس. وهكذا، أنها ذات أهمية كبيرة لأداء وظيفي بروتون الرنين المغناطيسي الطيفي (1ح-السيدة) في نموذج الفئران من لاكتات التنشيط ومراقبة المخ. ومع ذلك، ذروة لاكتات الميثيل يتداخل الدهن صدى القمم ويصعب قياسها كمياً. البروتوكول هو موضح أدناه يسمح الأيضية ولاكتات التقلبات التي يتعين رصدها في مجال تنشيط الدماغ. يتم الحصول على التنشيط الدماغي بتحفيز الخط الطولي وتتم 1ح-السيدة في قشرة البرميل المنشط المقابلة، المجال الذي تم الكشف عن استخدام تعتمد الدم الأوكسجين على مستوى وظيفي التصوير بالرنين المغناطيسي (جريئة الرنين المغناطيسي الوظيفي). ويرد وصف كامل جميع الخطوات: اختيار المسكنات والملفوف، وتسلسل، تحقيق كفاءة الخط الطولي التحفيز مباشرة في المغناطيس، وتجهيز البيانات.
Introduction
الدماغ يمتلك الجوهرية آليات تسمح بتنظيم الركيزة الرئيسية (أيالسكر)، لمساهمته والانتفاع بها، تبعاً للتغيرات في النشاط الدماغي المحلية على حد سواء. ورغم أن السكر هو الركيزة الرئيسية للطاقة للدماغ، أظهرت التجارب التي أجريت في السنوات الأخيرة أن اللاكتات، التي ينتجها أستروسيتيس، يمكن أن يكون الركيزة كفاءة الطاقة للخلايا العصبية. وهذا يطرح فرضية لاكتات مكوكية بين أستروسيتيس والخلايا العصبية1. يعرف باسم أنلس، أستروسيتي-العصبية لاكتات المكوك2، النظرية هو مناقشة لا يزال عاليا، بل أدى إلى الاقتراح أن الجلوكوز، بدلاً من الدخول مباشرة في الخلايا العصبية، قد أدخل أستروسيتيس، حيث أنه يتم استقلاب إلى لاكتات، المستقلب هو ، ثم نقل إلى الخلايا العصبية، واستخدامه بمثابة الركيزة كفاءة الطاقة. في حالة وجود مثل هذا مكوك في فيفو، عليها عدة نتائج هامة، سواء لفهم التقنيات الأساسية في مجال التصوير الدماغي الوظيفي (بوزيترون التصوير المقطعي [أليف]) أو لفك رموز التعديلات الأيضية ولاحظ في أمراض المخ.
دراسة الأيض الدماغ، وخاصة، تتوفر التفاعلات الأيضية بين الخلايا العصبية و astrocytes، التقنيات الرئيسية الأربعة (لا بما في ذلك المشاريع المتناهية الصغر/nanosensors): أوتوراديوجرافي والحيوانات الأليفة واثنين-فوتون مجهرية [كنفوكل] الفلورسنت والسيدة. أوتوراديوجرافي كان واحداً من أول الأساليب المقترحة ويقدم صوراً للتراكم الإقليمي المشعة 14ج-2-ديوكسيجلوكوسي في شرائح المخ، بينما الحيوانات الأليفة الغلال في فيفو الصور لاستيعاب الإقليمية المشعة 18 وديوكسيجلوكوسي. وكلاهما قد سيئات استخدام جزيئات إيرادياتيفي أثناء إنتاج الصور ذات الدقة المنخفضة المكانية. اثنين-فوتون الفحص المجهري يوفر القرار الخلوية من المسابر الفلورسنت، ولكن تشتت الضوء بالانسجة يحد عمق التصوير. وقد استخدمت هذه التقنيات الثلاثة سابقا لدراسة نيورونيرجيتيكس في القوارض من خلال الخط الطولي التحفيز3،4،،من56. في فيفو السيدة ميزة مزدوجة موسع ونونراديواكتيفي، ويمكن أن تستكشف أي بنية الدماغ. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يؤديها السيدة أثناء تنشيط الخلايا العصبية، تقنية تسمى السيدة الوظيفية (فمرس)، الذي تم تطويره مؤخرا جداً في القوارض7. ولهذا، يقترح وضع بروتوكول لمراقبة الأيض المخ أثناء النشاط الدماغي قبل 1ح-السيدة في فيفو ونونينفاسيفيلي. الإجراء هو وصف في الفئران صحية الكبار مع تنشيط الدماغ التي حصل عليها تحفيز الخط الطولي جوية-نفخة القيام بها مباشرة في تصوير رنين المغناطيسي (السيد) تي 7، لكن قد تكون مناسبة في الحيوانات المحورة وراثيا، وكذلك في أي حالة مرضية .
Protocol
Representative Results
Discussion
قشرة البرميل، كما دعا S1BF لقشرة سوماتوسينسوري أو الحقل للبرميل، وهي منطقة داخل الطبقة القشرية الرابع التي يمكن ملاحظتها باستخدام الفسفرة التأكسدية تلطيخ9، والتنظيم معروف جيدا نظراً لأنه قد تم إلى حد كبير وصف 10،11. فيبريسا واحد متصل واحد للبرميل…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل منح درب لابيكس، مرجع ANR-10-لابكس-57، والفرنسية-السويسرية ANR-فنس منح إشارة ANR-15-CE37-0012. يشكر المؤلفون تروتييه اوريليان لدعمه التقني.
Materials
| 0.5 mL syringe with needle | Becton, Dickinson and Company, USA | 2020-10 | 0.33 mm (29 G) x 12.7 mm |
| 1H spectroscopy surface coil | Bruker, Ettlingen, Germany | T116344 | |
| 7T Bruker Biospec system | Bruker, Ettlingen, Germany | 70/20 USR | |
| Arduino Uno based pulsing device | custom made | ||
| Atipamezole | Vétoquinol, S.A., France | V8335602 | Antisedan, 4.28 mg |
| Breathing mask | custom made | ||
| Eye ointment | TVM laboratoire, France | 40365 | Ocry gel 10 g |
| Induction chamber | custom made | 30x17x15 cm | |
| Inlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 3m long |
| Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3 | Surgivet, Harvard Apparatus | WWV90TT | from OH 43017, U.S.A |
| Isoflurane, liquid for inhalation | Vertflurane, Virbac, France | QN01AB06 | 1000 mg/mL |
| KD Scientific syringe pump | KD sientific, Holliston, USA | Legato 110 | |
| LCModel software | LCModel Inc., Ontario, Canada | 6.2 | |
| Medetomidine hydrochloride | Vétoquinol, S.A., France | QN05CM91 | Domitor, 1 mg/mL |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI912 | |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI925 | |
| Monitoring system of physiologic parameter | SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA | Model 1025 | |
| NaCl | Fresenius Kabi, Germany | B05XA03 | 0.9 % 250 mL |
| Outlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 4m long |
| Paravision software | Bruker, Ettlingen, Germany | 6.0.1 | |
| Peripheral intravenous catheter | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SP500930S | 22 G x 1", 0.85×25 mm, 35 mL/min |
| Rat head coil | Bruker, Ettlingen, Germany | ||
| Sodic heparin, injectable solution | Choai, Sanofi, Paris, France | B01AB01 | 5000 IU/mL |
| Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting | Burkert, Germany | 3099939 | Model type 6013 |
| Terumo 2 ml syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SY243 | with 21 g x 5/8" needle |
| Terumo 5 mL syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | 05SE1 | |
| Wistar RJ-Han rats | Janvier Laboratories, France |
References
- Pellerin, L., et al. Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update. Glia. 55, 1251-1262 (2007).
- Pellerin, L., Magistretti, P. J. Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 10625-10629 (1994).
- Cholet, N., et al. Local injection of antisense oligonucleotides targeted to the glial glutamate transporter GLAST decreases the metabolic response to somatosensory activation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 404-412 (2001).
- Voutsinos-Porche, B., et al. Glial Glutamate Transporters Mediate a Functional Metabolic Crosstalk between Neurons and Astrocytes in the Mouse Developing Cortex. Neuron. 37, 275-286 (2003).
- Zimmer, E. R., et al. [18F]FDG PET signal is driven by astroglial glutamate transport. Nature Neuroscience. 20 (3), 393-395 (2017).
- Haiss, F., et al. Improved in vivo two-photon imaging after blood replacement by perfluorocarbon. The Journal of Physiology. , (2009).
- Mullins, P. G. Towards a theory of functional magnetic resonance spectroscopy (fMRS): A meta-analysis and discussion of using MRS to measure changes in neurotransmitters in real time. Scandinvian Journal of Psychology. 59, 91-103 (2018).
- Wong-Riley, M. T., Welt, C. Histochemical changes in cytochrome oxidase of cortical barrels after vibrissal removal in neonatal and adult mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77, 2333-2337 (1980).
- Petersen, C. C. The functional organization of the barrel cortex. Neuron. 56, 339-355 (2007).
- Cox, S. B., Woolsey, T. A., Rovainen, C. M. Localized dynamic changes in cortical blood flow with whisker stimulation corresponds to matched vascular and neuronal architecture of rat barrels. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13, 899-913 (1993).
- Feldmeyer, D. Excitatory neuronal connectivity in the barrel cortex. Frontiers in Neuroanatomy. 6, 24 (2012).
- Boussida, S., Traore, A. S., Durif, F. Mapping of the brain hemodynamic responses to sensorimotor stimulation in a rodent model: A BOLD fMRI study. PLoS One. 12, e0176512 (2017).
- Heinke, W., Koelsch, S. The effects of anesthetics on brain activity and cognitive function. Current Opinion in Anesthesiology. 18, 625-631 (2005).
- Horn, T., Klein, J. Lactate levels in the brain are elevated upon exposure to volatile anesthetics: a microdialysis study. Neurochemistry International. 57, 940-947 (2010).
- Boretius, S., et al. Halogenated volatile anesthetics alter brain metabolism as revealed by proton magnetic resonance spectroscopy of mice in vivo. Neuroimage. 69, 244-255 (2013).
- Sinclair, M. D. A review of the physiological effects of alpha2-agonists related to the clinical use of medetomidine in small animal practice. Canadian Veterinary Journal. 44, 885-897 (2003).
- Weber, R., et al. A fully noninvasive and robust experimental protocol for longitudinal fMRI studies in the rat. Neuroimage. 29, 1303-1310 (2006).
- Hartmann, M. J., Johnson, N. J., Towal, R. B., Assad, C. Mechanical characteristics of rat vibrissae: resonant frequencies and damping in isolated whiskers and in the awake behaving animal. The Journal of Neuroscience. 23, 6510-6519 (2003).
- Prichard, J., et al. Lactate rise detected by 1H NMR in human visual cortex during physiologic stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88, 5829-5831 (1991).
- Sappey-Marinier, D., et al. Effect of photic stimulation on human visual cortex lactate and phosphates using 1H and 31P magnetic resonance spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 12, 584-592 (1992).
- Mazuel, L., et al. A neuronal MCT2 knockdown in the rat somatosensory cortex reduces both the NMR lactate signal and the BOLD response during whisker stimulation. PLoS One. 12, e0174990 (2017).
- Castellano, G., et al. NAA and NAAG variation in neuronal activation during visual stimulation. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 45, 1031-1036 (2012).
- Sarchielli, P., et al. Functional 1H-MRS findings in migraine patients with and without aura assessed interictally. Neuroimage. 24, 1025-1031 (2005).
- Baslow, M. H., Hrabe, J., Guilfoyle, D. N. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 32, 235-245 (2007).
- Mangia, S., Tkac, I. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 245-248 (2008).
- Baslow, M. H., Hrabal, R., Guilfoyle, D. N. Response of the authors to the Letter by Silvia Mangia and Ivan Tkac. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 247-248 (2008).
- Barros, L. F., Weber, B. CrossTalk proposal: an important astrocyte-to-neuron lactate shuttle couples neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 347-350 (2018).
- Bak, L. K., Walls, A. B. CrossTalk opposing view: lack of evidence supporting an astrocyte-to-neuron lactate shuttle coupling neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 351-353 (2018).
