마우스의 조영 증강 MRI에 의한 시신경 섬유 무결성의 생체 내 이미징
Summary
이 동영상은 순진 마우스 시각 투사의 조영 증강 자기 공명 영상과 급성 시신경 압박 손상 및 만성 시신경 변성과 관련된 시신경 변성의 반복 및 종 생체 내 연구에, 임상 3 T 스캐너를 사용하는 방법을 보여줍니다 녹아웃 마우스 (P50 KO).
Abstract
설치류의 시각 시스템은 시각 피질에 시상과 중뇌 센터, 시냅스 돌기를 입력 시신경을 형성하는 망막 신경절 세포와 축색 돌기를 포함한다. 그것의 독특한 해부학 적 구조와 편리한 접근성을 바탕으로, 그것은 생존의 연결, 축삭 재생 및 시냅스 가소성에 대한 연구에 대한 선호 구조로되어있다. MR 영상에서의 최근 발전은 망간 매개 대비 향상 (MEMRI)를 사용하여이 돌기의 레티노-tectal 부분의 생체 내 시각화를 사용할 수있다. 여기, 우리는 (200 ㎛)의 3 해상도는 일반적인 3 테슬라 스캐너를 사용하여 달성 할 수있는 생쥐의 시각 투영의 그림 MEMRI 프로토콜을 제시한다. 우리는 15 nmol의 MnCl 2의 단일 투여 량의 유리체 강내 주입은 24 시간 안에 그대로 투영 포화 향상에 이르게하는 방법을 보여줍니다. 망막의 제외, 신호 강도의 변화는 각각 C1됩니다일치 시각적 인 자극 또는 생리적 노화의 함몰. 우리는 더 심각한 시신경 손상에 대한 응답으로 축삭 변성을 모니터링 종에이 기술을 적용, 패러다임 병변 사이트에있는 망간 2 + 교통 완전히 체포하여. 반대로, 활성 망간 2 + 수송 가능성, 수, 축삭 섬유의 전기적 활동을 정량적으로 비례한다. 이러한 분석을 위해, 우리는 시각, 전망 등의 감각의 자연 위축을 표시하는 형질 전환 마우스 모델 (NF-κB의 P50 KO)의 시각 경로를 따라 미네소타 2 + 전송 반응 속도를 예시. 이 마우스에서 MEMRI이 감소하지만, 따라서 NF-κB의 돌연변이에 의해 구조 및 / 또는 기능 장애의 징후를 드러내는, 야생형 마우스에 비해 망간 2 + 전송을 지연 나타냅니다.
요약하면, MEMRI 편리 생체 분석에 다리와 characterizati 대한 해부 조직학을 게시신경 섬유의 무결성과 활동에. 그것은 축삭 변성과 재생, 및 정품 또는 유도 표현형에 대한 돌연변이 생쥐의 조사에 종 연구에 매우 유용합니다.
Introduction
유리한 신경 해부학 적 구조를 기반으로 설치류의 시각 시스템은 신경 보호 1 프로 재생 효과 2,3를 중재하는 약물 화합물 및 이들의 능력을 평가하는 독특한 가능성을 제공합니다. 또한, 최근에 연접 비계 단백질 바순 4 부족한 생쥐에 예시 된 바와 같이, 마우스 돌연변이의 기능과 신경 해부학 적 특성에 대한 연구를 할 수 있습니다. 또한, 보조 도구의 광범위한 스펙트럼은 전위도 및 행동 테스트 및 고유 신호의 광학 영상에 의한 대뇌 피질의 재 배열의 결정에 의해, 예를 들어 망막 신경절 세포 (RGC) 및 RGC 축삭 번호뿐만 아니라 RGC 활동의 특색 추가로 제공한다. 레이저 현미경의 최신 기술 개발은 시신경 (ON)과 뇌의 전체 마운트 표본 깊은 조직의 형광 이미징에 의해 RGC 재생의 현장 시각화를 가능하게한다. 이 histolog에서iCal의 접근 방식, 빛 시트 형광 현미경과 함께 테트라 히드로 푸란을 기반으로 조직의 청산은 deafferented ON 및 광학 기관 (5)에 다시 입력 한 섬유의 해상도를 허용합니다. 이러한 기술은 해상도와 성장 패턴의 결정이 뛰어나 수도 있지만, 그들은 특히 장기 재생의 과정을 평가하기 위해 원하는 개별 성장 이벤트의 반복 및 종 분석을 사용하지 마십시오.
조영 증강 MRI는 생쥐와 쥐 6,7의 레티노-tectal 투사의 최소 침습 시각화를 위해 사용되어왔다. 이는 망막 세포에 상자성 이온 (예를 들어, Mn이 2 +)의 직접 안내 전달함으로써 달성 될 수있다. 칼슘 아날로그로, 미네소타 2 +는 전압 게이트 칼슘 채널을 통해 RGC의 인 somata에 통합하고 적극적으로 그대로 ON 및 광학 기관의 축삭 세포 골격을 따라 운반. 이는 뇌의 핵에 축적하면서그것은 10, 11을 발생할 수 있지만 시각적 투영, 옆 무릎 모양 관절이 핵 (LGN)와 우수한 둔덕 (SC)를 즉, 일차 시각 피질에 transsynaptic 전파, 8,9 무시할 나타납니다. MR의 순서에 따라, 성체 미네소타 2 +는 주로 T 1 스핀 – 격자 완화 시간 (12)을 단축하여 MR의 명암을 보완. 이러한 망간 2 + MRI (MEMRI)가 성공적으로 부상 13, 14 후 축삭 재생과 퇴보의 평가를 포함하여 쥐의 다양한 신경 해부학 적 및 기능적 연구에 적용된 강화, 레티노-tectal 돌기 (15)의 정확한 해부학 적 매핑 뿐만 아니라, 약물 치료 16 일 후 축삭 전송 특성의 결정 등. 미네소타 2 + 통풍 관 및 교통의 연결뿐만 아니라, 향상된 MRI 프로토콜의 투여 량, 독성 및 역학의 최근 분류는 유전자 변형에 대한 연구에의 응용 프로그램을 확장 한일반적으로 임상 실습 17에 사용 된 3 테슬라 스캐너를 사용하여 마우스 9.
여기, 우리는 마우스 레티노-tectal 투사의 생체 내 이미징에 세로에 적합한 MEMRI 프로토콜을 제시하고 순진 다양한 신경 변성 조건에서 망간 2 + 종속 신호 향상을 평가하여 그 적용 가능성을 예시. 우리의 프로토콜은 일반적으로 전용 동물 스캐너보다 더 액세스 할 수있는 적당한 3 T 자기장에서 MR 데이터 수집에 특정 중점을두고 있습니다. 순진 마우스, 우리는 기관 고유의 신호 강도가 실질적으로 재현성 강내 (ivit) 미네소타 2 + 신청 후 증가 될 수있는 방법을 보여줍니다. 정량적으로, 시각적 투사 따라 미네소타 2 + 전파 (3, 26 개월 된 생쥐 사이에서 측정) 정상적인 노화 과정과 독립적으로 발생 증가는 어둠에 시각적 인 자극과 적응에 내화물입니다. 반대로, Mn이 <s시상과 중뇌 센터의 최대> 2 + 농축은 호감 부상 18 급성뿐만 아니라 nfkb1 녹아웃 마우스에서 자연 사멸 RGC의 죽음과 변성 19 고통 (P50 KO) 다음 감소한다. 따라서, 기존의 조직 학적 분석에 확장에, 각각의 동물의 종 MEMRI 분석은 신경 퇴행성 과정의 독특한 역학의 프로파일 링을 사용합니다. 이 약물 또는 유전자 개입과 관련된 신경 보호 및 축삭 재생에 대한 연구에 유용합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
시각 시스템의 MEMRI은 순진하고 병적 인 조건에서 기능을 평가하기위한 기존의 신경 생물학적 기술을 확장합니다. 떨어져 고립 CNS 섬유 기관의 무결성에 독특한 통찰력을 제공에서, MEMRI 쉽게 시각적 인식에 대한 특정 패러다임의 즉각적인 결과를 조사하기 위해, 행동 예를 들어, 테스트, 검안 및 시각 기반의 물 작업으로 보충 할 수있다. 또한 전기 생리학과 생체 내에서 기능 시각적…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AK는 벨 룩스 재단에서 지원하는 오펜하임 재단과 RH에 의해 지원됩니다. 우리는 조직 학적 지원을위한 기술 및 K. Buder에 I. Krumbein 감사합니다, TIMM 염색에 대한 기술 자문 J. 골드 슈미트 (신경 생물학, 마그데 부르크, 독일 라이프니츠 연구소).
Materials
| Manganese (II) chloride solution 1M | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | M1787 | MEMRI contrast reagent |
| Conjuncain | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 7617666 | 0.4% oxybuprocaine hydrochloride |
| Floxal eye drops | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 3820927 | 3 mg/ml ofloxacin |
| Ointment panthenol | Jenapharm, Jena, Germany | PZN 3524531 | |
| Chloral hydrate | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | C8383 | 420-450 mg/kg body weight |
| Isoflurane | Actavis, Munich, Germany | PZN 7253744 | |
| Hamilton syringe | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 7634-01 | SYR 5 µl, 75 RN, no NDL |
| 34 G needle (34/35/pst4/tapN) | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 207434/00 | removable needle RN, 34 gauge, lenght 38.1 mm, point style 4 |
| Binocular Stemi-2000 | Zeiss, Oberkochen, Germany | ||
| 3T MRI scanner Magnetom TIM Trio | Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany | ||
| Rat head coil | Doty Scientific Inc., Columbia, SC, USA | ||
| Mouse holder | custom made | ||
| Red light lamp | |||
| Frozen section medium NEG-50 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 6502 | tissue embedding for cryo-sections |
| Sodium dihydrogen phosphate monohydrate (NaH2PO4) | Merck, Darmstadt, Germany | 106346 | for sulfide perfusion |
| Sodium sulfide nonahydrate (Na2S × 9 H2O) | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | 208043 | |
| gum arabic | Roth, Arlesheim, Switzerland | 4159 | for TIMM staining |
| Hydroquinone (C6H6O2) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 3586 | |
| Citric acid (C6H8O7) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 6490 | |
| Tri-sodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7 x 2H2O) | Merck, Darmstadt, Germany | 106448 | |
| Silver nitrate (AgNO3) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 7908 | |
Riferimenti
- Kretz, A., et al. Simvastatin promotes heat shock protein 27 expression and Akt activation in the rat retina and protects axotomized retinal ganglion cells in vivo. Neurobiol Dis. 21, 421-430 (2006).
- Lima, S., et al. Combinatorial therapy stimulates long-distance regeneration, target reinnervation, and partial recovery of vision after optic nerve injury in mice. Int Rev Neurobiol. 106, 153-172 (2012).
- Lima, S., et al. Full-length axon regeneration in the adult mouse optic nerve and partial recovery of simple visual behaviors. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 9149-9154 (2012).
- Goetze, B., et al. Vision and visual cortical maps in mice with a photoreceptor synaptopathy: reduced but robust visual capabilities in the absence of synaptic ribbons. Neuroimage. 49, 1622-1631 (2010).
- Luo, X., et al. Three-dimensional evaluation of retinal ganglion cell axon regeneration and pathfinding in whole mouse tissue after injury. Exp Neurol. 247, 653-662 (2013).
- Pautler, R. G., et al. In vivo neuronal tract tracing using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 40, 740-748 (1998).
- Watanabe, T., et al. Mapping of retinal projections in the living rat using high-resolution 3D gradient-echo MRI with Mn2+-induced contrast. Magn Reson Med. 46, 424-429 (2001).
- Pautler, R. G. In vivo, trans-synaptic tract-tracing utilizing manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). NMR biomed. 17, 595-601 (2004).
- Haenold, R., et al. Magnetic resonance imaging of the mouse visual pathway for in vivo studies of degeneration and regeneration in the CNS. Neuroimage. 59, 363-376 (2012).
- Lindsey, J. D., et al. Magnetic resonance imaging of the visual system in vivo: transsynaptic illumination of V1 and V2 visual cortex. Neuroimage. 34, 1619-1626 (2007).
- Bearer, E. L., et al. Role of neuronal activity and kinesin on tract tracing by manganese-enhanced MRI (MEMRI). Neuroimage. 37, S37-S46 (2007).
- Mendonca-Dias, M. H., et al. Paramagnetic contrast agents in nuclear magnetic resonance medical imaging. Semin Nucl Med. 13, 364-376 (1983).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the optic visual pathway and optic nerve injury in adult rats. J Magn Reson Imaging. 22, 492-500 (2005).
- Sandvig, I., et al. In vivo MRI of olfactory ensheathing cell grafts and regenerating axons in transplant mediated repair of the adult rat optic nerve. NMR biomed. 25, 620-631 (2012).
- Chan, K. C., et al. In vivo retinotopic mapping of superior colliculus using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Neuroimage. 54, 389-395 (2011).
- Chan, K. C., et al. In vivo chromium-enhanced MRI of the retina. Magn Reson Med. 68, 1202-1210 (2012).
- Herrmann, K. H., et al. Possibilities and limitations for high resolution small animal MRI on a clinical whole-body 3T scanner. Magma. 25, 233-244 (2012).
- Villegas-Perez, M. P., et al. Rapid and protracted phases of retinal ganglion cell loss follow axotomy in the optic nerve of adult rats. J Neurobiol. 24, 23-36 (1993).
- Takahashi, Y., et al. Development of spontaneous optic neuropathy in NF-κΒ50-deficient mice: requirement for NF-κΒp50 in ganglion cell survival. Neuropathol Appl Neurobiol. 33, 692-705 (2007).
- Herrmann, K. H. P., et al. MRI compatible small animal monitoring and triggering system for whole body scanners. Z Med Phys. 24, 55-64 (2013).
- Danscher, G., Zimmer, J. An improved Timm sulphide silver method for light and electron microscopic localization of heavy metals in biological tissues. Histochemistry. 55, 27-40 (1978).
- Angenstein, F., et al. Manganese-enhanced MRI reveals structural and functional changes in the cortex of Bassoon mutant mice. Cereb cortex. 17, 28-36 (2007).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the rat visual pathway: acute neural toxicity, contrast enhancement, axon resolution, axonal transport, and clearance of Mn(2). J Magn Reson Imaging. 28, 855-865 (2008).
- Lehmann, K., et al. Vision and visual plasticity in ageing mice. Restor Neurol Neurosci. 30, 161-178 (2012).
- Takeda, A., et al. Manganese transport in the neural circuit of rat CNS. Brain Res Bull. 45, 149-152 (1998).
- Nairismagi, J., et al. Manganese-enhanced magnetic resonance imaging of mossy fiber plasticity in vivo. Neuroimage. 30, 130-135 (2006).
- Smith, K. D., et al. In vivo axonal transport rates decrease in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neuroimage. 35, 1401-1408 (2007).
- Berkowitz, B. A., et al. Noninvasive and simultaneous imaging of layer-specific retinal functional adaptation by manganese-enhanced MRI. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 2668-2674 (2006).
- Schnapf, J. L. B. D. A. How photoreceptor cells respond to light. Sci. Am. 256 (8), (1987).
- Yu, X., et al. In vivo auditory brain mapping in mice with Mn-enhanced MRI. Nat Neurosci. 8, 961-968 (2005).
- Sun, S. W., et al. Noninvasive topical loading for manganese-enhanced MRI of the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52, 3914-3920 (2011).
- Sun, S. W., et al. Impact of repeated topical-loaded manganese-enhanced MRI on the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 53, 4699-4709 (2012).
