Circoscritto capsulare Infarct Modeling usando una tecnica Photothrombotic
Summary
Questo manoscritto descrive una tecnica di modellazione di capsulare infarto. Qui abbiamo utilizzato una tecnica photothrombotic modificato con bassa intensità della luce dopo la mappatura di destinazione pre-intervento chirurgico. Utilizzando questa tecnica, abbiamo creato un modello circoscritto infarto capsulare con disabilità motoria persistente.
Abstract
Recent increase in the prevalence rate of white matter stroke demands specific research in the field. However, the lack of a pertinent animal model for white matter stroke has hampered research investigations. Here, we describe a novel method for creating a circumscribed capsular infarct that minimizes damage to neighboring gray matter structures. We used pre-surgery neural tracing with adeno-associated virus-green fluorescent protein (AAV-GFP) to identify somatotopic organization of the forelimb area within the internal capsule. The adjustment of light intensity based on different optical properties of gray and white matter contributes to selective destruction of white matter with relative preservation of gray matter. Accurate positioning of optical-neural interface enables destruction of entire forelimb area in the internal capsule, which leads to a marked and persistent motor deficit. Thus, this technique produces highly replicable capsular infarct lesions with a persistent motor deficit. The model will be helpful not only to study white matter stroke (WMS) at the behavioral, circuit, and cellular levels, but also to assess its usefulness for development of new therapeutic and rehabilitative interventions.
Introduction
Fino a poco tempo, il "colpo materia grigia (GMS) modelli" sono stati utilizzati esclusivamente per capire la fisiopatologia di ictus e per guidare lo sviluppo di nuovi trattamenti. Tuttavia, vi è stato un aumento della prevalenza di ictus che colpisce la sostanza bianca sottocorticale in individui anziani, che costituisce 15 – 25% di tutti gli ictus 1,2. Numerosi studi sono stati condotti per quanto riguarda corsa utilizzando modelli GMS, mentre ci sono pochi studi che hanno utilizzato sostanza bianca ictus modelli (WMS). La sostanza bianca nei roditori è sostanzialmente inferiore della sostanza bianca in esseri umani o primati. Di conseguenza, è più difficile accedere selettivamente e distruggere le regioni bersaglio nella materia bianca 3. Inoltre, non strumenti efficaci sono stati sviluppati fino ad oggi per distruggere selettivamente nella misura prevista della sostanza bianca mirato. Pertanto, vi è stata mancanza di modelli appropriati per lo studio di colpi materia bianca.
st Animalmodelli Roke sono spesso utilizzati per monitorare l'andamento della ripresa motore per lo sviluppo di nuovi metodi terapeutici e riabilitativi. E 'ideale per utilizzare un modello animale che presenta un deficit neurologico a lungo termine concorde con le alterazioni anatomiche dimostrato in corsa umana 4,5. A questo proposito, il rapido recupero del deficit motorio e in largo coinvolgimento del cervello seguente lesione infartuale non può essere realistico nel perseguimento della ricerca ictus. Precedenti modelli capsulare infarto sono state fatte da occlusione della carotide interna o arterie coroide anteriori e diffusione di endotelina-1 (ET-1) nella capsula interna 6-9. Tuttavia, occlusione dell'arteria richiede un'attenta dissezione delle arterie, ma produce una vasta area di infarto lesioni, compresa la capsula interna, senza deficit comportamentali persistenti. Inoltre, ET-1 non era diffusa distruggere completamente la parte posteriore della capsula interna, e quindi meno marcato o persistente behdeficit avioral.
Un modello infarto photothrombotic è stato ampiamente utilizzato per generare vari tipi di lesioni infarto nella corteccia e strutture sottocorticali 10. La tecnica comprende la somministrazione endovenosa seguita da illuminazione focale, che conduce all'aggregazione piastrinica nei piccoli vasi e la generazione delle lesioni infarto 10. Tecnica Photothrombotic è stato ampiamente utilizzato per creare lesioni GMS, mentre è stato raramente utilizzato per generare WMS lesioni 5,11. Per questa tecnica, una combinazione di Rosa Bengala tintura e irradiazione di luce è stata dimostrata per essere utile nella distruzione della struttura bersaglio, causando corrispondente deficit funzionali. L'elemento chiave della tecnica photothrombotic è irradiazione di luce, perché determina la dimensione delle lesioni infarto. risultati irradiazione di luce in effetti diversi sulla materia grigia e materia bianca, perché la diffusione della luce è superiore a 4 volte superiore a ma biancotter rispetto a materia grigia 12; Di conseguenza, se l'intensità della luce ha un sufficientemente basso irraggiamento (<1.140 mW / mm 2), si può limitare l'estensione a cui lesione photothrombotic influenza il grado di sostanza bianca (es., Capsula interna). Ad esempio, la luce di energia più elevata può indurre infarti sia in materia grigia e bianca, ma più bassa di luce di energia può indurre photothrombosis solo in materia bianca. Inoltre, la penetrazione di energia luminosa era molto limitata. Circa il 99% di energia luminosa è stato perso oltre 1 mm dalla sorgente di luce 13. Pertanto, si prevede che accuratamente mirata, minore energia luce induce photothrombosis solo nella materia bianca con una limitazione minima della sostanza grigia vicina.
Qui, descriviamo un nuovo metodo per creare lesioni infarto nell'area forelimb della capsula interna nei roditori. Descriviamo il metodo di identificazione della zona forelimb in ca internapsule, la tecnologia di irradiazione di luce, compresa la regolazione e la consegna di luce, e la generazione di una lesione infarto. Abbiamo anche descrivere test comportamentali utilizzati per valutare la completezza della modellazione capsulare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il modello di infarto capsulare presentato qui dimostra una lesione mirata con disabilità motoria marcata e persistente della funzione degli arti anteriori. Modelli precedenti di ictus capsulare sottocorticale hanno dimostrato un insufficiente grado di compromissione motoria e un rapido 6,8,9 processo di recupero. In questo senso, questo modello assomiglia casi capsulare infarto clinici che presentano compromissione funzionale a lungo termine.
Le fasi più critiche nello sviluppo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione da parte dell'Istituto di Medical System Engineering (IMSE) e Gist-Caltech Fondo Collaborative (K04592) da GIST e dal Programma di ricerca di scienza di base attraverso la NRF della Corea finanziato dal Ministero della Scienza, ICT e la pianificazione futura (NRF-2013R1A2A2A01067890).
Materials
| DC Temperature controller | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC. | ATC1000 | |
| Digital Stereotaxic Instruments | STOELTING CO. | 51900 | |
| Electrical Stimulator | CyberMedic Corp. | EMGFES 2000 | |
| Epoxy | Precision Fiber Products, INC. | PFP-353ND1 | Mix Ratio: 10(A):1(B-hardener) by weight Curing Schedule: 1 minute @150°C 2~5 minutes @120°C 5~10 minutes @100°C 15~30 minutes @80°C |
| Fiber Optic Scribe | THORLABS, INC | S90R | |
| Fiber patch cable | KOREA OPTRON Corp. | Outer diameter: 3mm Ø200 µm 0.39 NA FC/PC-FC/PC 1 m |
|
| Laser Power Supply | CHANGCHUN NEW INDUSTRIES OPTOELECTRONICS TECH. CO., LTD. | MGL-FN-532nm-200mW-14010196 | |
| Crimp ring | DAWOOTECH CO.,LTD. | Length: 19mm Inner diameter: 3mm Outer diameter: 3.8mm Material: SUS |
|
| Micro4-micro syringe pump controller | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | 95100 | |
| Optical Power Meter | THOLABS, INC | PM100D | |
| Paraformaldehyde | SIGMA-ALDRICH CO. LLC. | P6148 | |
| Diamond lapping (polishing) sheet | THORLABS, INC | LF3D | Grit : 3 µm |
| Diamond lapping (polishing) sheet | THORLABS, INC | LF6D | Grit : 6 µm |
| Rose Bengal | SIGMA-ALDRICH CO. LLC. | 330000 | |
| Needle for spinal anesthesia with pencil point tip (Spinal needle) | B.BRAUN MELSUNGEN AG | 4502027 | Size: 27G Length: 88mm Needle: 0.40mm |
| Waterproof sandpaper | DEERFOS CO.,LTD | CC261 | Grit : 1000 µm |
| Nanofil 10uL syringe | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | NANOFIL | |
| Nanofil 33G BVLD needle | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | NF33BV-2 | |
| AAV-GFP virus | UNC Vector Core | AAV2-CamKIIa-eYFP | 2×10^12 virus molecules/ml |
| Anti-Green Fluorescent Protein, Rabbit IgG fraction | Life Technologies, INC | A11122 | primary antibody (1:200) |
| Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Life Technologies, INC | A11034 | secondary antibody (1:500) |
| Ceftezole | GUJU Pharma CO.,LTD. | A27802741 | 0.1%, 1ml |
| Lidocain hydrochloride injection | JEIL PHARMACEUTICAL CO.,LTD. | A04900271 | 2%, 1ml |
| Hand Piece Drill | Seshin | ||
| Digital optical power and energy meter | THORLABS, INC | PM100D | |
| Ketopropen | UNIBIOTech |
Riferimenti
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