Bir FOTOTROMBOTİK Tekniği sınırlı Kapsül Enfarktüs Modelleme
Summary
Bu el yazması kapsül enfarktüs bir modelleme tekniği anlatılmaktadır. Burada ön ameliyat hedef haritalama sonra ışık düşük yoğunluğu ile modifiye Fototrombotik tekniği kullanılmıştır. Bu tekniği kullanarak, biz kalıcı motorlu bozukluğu olan bir sınırlı kapsül infarkt modeli yarattı.
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
Yakın zamana kadar, "gri madde inme (GMS) modeller" münhasıran inme patofizyolojisi anlamak ve yeni tedavilerin geliştirilmesine rehberlik etmek için kullanılmıştır. Tüm inmelerin 1,2% 25'ini – Ancak, 15 oluşturan yaşlı bireylerde, subkortikal beyaz cevher etkileyen inme giderek artan yaygınlık olmuştur. Çeşitli çalışmalar beyaz cevher inme (WMS) modelleri kullandık az sayıda çalışma vardır oysa GMS modellerini kullanarak ilgili inme yapılmıştır. kemirgenlerde beyaz cevher insan veya primatlarda beyaz cevher daha azdır. Sonuç olarak, seçici bir şekilde beyaz bir madde 3 hedef bölge ulaşmak ve yok etmek için daha zordur. Ayrıca, hiçbir etkin araçları seçici hedeflenen beyaz cevher planlanan ölçüde yok etmek için bugüne kadar geliştirilmiştir. Bu nedenle, beyaz madde vuruş çalışma için uygun modellerin eksikliği vardır.
hayvan stRoke modelleri genellikle yeni iyileştirici ve tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi için motor iyileşme ilerlemesini izlemek için kullanılır. İnsan inme 4,5 gösterdiği anatomik değişiklikler ile uyumlu uzun vadeli nörolojik açığı sergileyen bir hayvan modeli kullanmak için idealdir. Bu bağlamda, motorlu açığı ve beyin aşağıdaki enfarktüs lezyon geniş katılımı hızlı iyileşme inme araştırma peşinde gerçekçi olmayabilir. Önceki kapsül infarkt modelleri internal kapsül 6-9 içine endotelin-1 (ET-1) internal karotid veya anterior koroidal arterler ve difüzyon tıkanması ile yapılmıştır. Bununla birlikte, arter tıkanıklığı arterlerin dikkatli diseksiyon gerektirir, ancak kalıcı davranış açıkları olmadan, internal kapsül dahil enfarktüs lezyonun geniş bir alanı üretir. Ayrıca, ET-1 tamamen internal kapsül posterior bacağı yok etmek dağınık ve dolayısıyla daha az belirgin veya beh kalıcı değildiavioral açığı.
Bir Fototrombotik enfarktüs modeli genel olarak korteks infarkt lezyonlarında ve subkortikal yapılar 10 çeşitli oluşturmak için kullanılmıştır. Teknik enfarktüs lezyonlar 10 trombosit küçük damarlarda toplama ve oluşumuna yol açan odak aydınlatma, ardından intravenöz uygulamayı içermektedir. Nadiren WMS lezyonlar 5,11 oluşturmak için kullanılır olmuştur oysa FOTOTROMBOTİK teknik yaygın, GMS lezyonlar oluşturmak için kullanılır olmuştur. Bu teknik için, Rose Bengal, boya ve hafif ışınlama bir kombinasyonu işlev bozukluklarını mukabil yol hedef yapının yok yararlı olduğu gösterilmiştir. o enfarktüs lezyonların boyutunu belirler çünkü Fototrombotik tekniğin kilit unsur, ışık ışınlama olduğunu. gri madde ve beyaz madde üzerinde farklı etkileri ışık ışınlama sonuçları, ışık saçılması beyaz ma fazla 4 kat daha fazladır çünkügri madde 12 ile karşılaştırıldığında tter; Işık yoğunluğu, yeterince düşük bir ışık etkisi (<1.140 mW / mm2) Buna göre, eğer bir Fototrombotik lezyondan beyaz bir madde ölçüde etkilediği olan uzatma sınırı (yani. Iç kapsül). Örneğin, yüksek enerji ışık hem gri hem de beyaz cevher infarktları uyarabilir, henüz düşük enerji ışığı sadece beyaz cevher Fototromboz neden olabilir. Bundan başka, ışık enerjisi penetrasyon çok sınırlıydı. Işık enerjisinin yaklaşık% 99 ışık 13 kaynağından 1 mm ötesinde kayboldu. Bu nedenle, doğru hedef olması beklenmektedir, düşük enerji ışık sadece komşu gri cevher az tecavüz beyaz cevherde Fototromboz neden olur.
Burada, kemirgenler, iç kapsülün ön ayakları alanında infarkt lezyonlar oluşturmak için yeni bir metot açıklamaktadır. Biz iç ca ön ayakları alanının belirlenmesi yöntemi tarifpsule, uyum ve ışık teslimat ve bir enfarktüs lezyonun nesil de dahil olmak üzere ışık ışınlama, teknoloji. Biz de kapsül modelleme tamlığını değerlendirmek için kullanılan davranışsal test açıklar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan kapsül infarkt modeli ön ayakları işlevlerinde belirgin ve kalıcı motor yetersizliği ile hedeflenen lezyona göstermektedir. Subkortikal kapsül inme Önceki Modeller motor bozukluk ve hızlı bir iyileşme süreci 6,8,9 yetersiz derecede göstermiştir. Bu anlamda, bu model uzun dönem fonksiyonel bozukluğu sergileyen klinik kapsül infarkt olgusu benzer.
Bir sınırlı kapsül enfarktüs modelinin geliştirilmesi en kritik adımlar şunlardır: 1) doğru i…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Sağlık Sistemleri Mühendisliği Enstitüsü (IMSE) GIST gelen GIST-Caltech İşbirlikçi Fonu (K04592) bir hibe ile ve Bilim, bilgi ve iletişim teknolojileri ve gelecek Planlama Bakanlığı tarafından finanse Kore NMK vasıtasıyla Temel Bilimler Araştırma Programı tarafından desteklenen (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
- Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics–2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125, 2-220 (2012).
- Debette, S., Markus, H. S. The clinical importance of white matter hyperintensities on brain magnetic resonance imaging: systematic review and meta-analysis. Bmj. 341, 3666 (2010).
- Zhang, K., Sejnowski, T. A universal scaling law between gray matter and white matter of cerebral cortex. PNAS. 97 (10), 5621-5626 (2000).
- Kim, H. S., et al. A rat model of photothrombotic capsular infarct with a marked motor deficit: a behavioral, histologic, and microPET study. J Cereb Blood Flow Metab. 34 (4), 683-689 (2014).
- Kleim, J. A., Boychuk, J. A., Adkins, D. L. Rat models of upper extremity impairment in stroke. ILAR J. 48 (4), 374-384 (2007).
- Frost, S. B., Barbay, S., Mumert, M. L., Stowe, A. M., Nudo, R. J. An animal model of capsular infarct: endothelin-1 injections in the rat. Behav Brain Res. 169 (2), 206-211 (2006).
- He, Z., et al. Definition of the anterior choroidal artery territory in rats using intraluminal occluding technique. J Neurol Sci. 182 (1), 16-28 (2000).
- Tanaka, Y., et al. Experimental model of lacunar infarction in the gyrencephalic brain of the miniature pig: neurological assessment and histological, immunohistochemical, and physiological evaluation of dynamic corticospinal tract deformation. Stroke. 39 (1), 205-212 (2008).
- Shibata, M., Ohtani, R., Ihara, M., Tomimoto, H. White matter lesions and glial activation in a novel mouse model of chronic cerebral hypoperfusion. Stroke. 35 (11), 2598-2603 (2004).
- Watson, B. D., Dietrich, W. D., Busto, R., Wachtel, M. S., Ginsberg, M. D. Induction of reproducible brain infarction by photochemically initiated thrombosis. Ann Neurol. 17 (5), 497-504 (1985).
- Kuroiwa, T., et al. Development of a rat model of photothrombotic ischemia and infarction within the caudoputamen. Stroke. 40 (1), 248-253 (2009).
- Bashkatov, A. N., Genina, E. A., Tuchin, V. V. . Handbook of biomedical optics. 83, (2011).
- Yizhar, O., Fenno, L. E., Davidson, T. J., Mogri, M., Deisseroth, K. Optogenetics in neural systems. Neuron. 71 (1), 9-34 (2011).
- Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale. J Vis Exp. (18), e816 (2008).
- Jang, S. H. A review of corticospinal tract location at corona radiata and posterior limb of the internal capsule in human brain. NeuroRehabilitation. 24 (3), 279-283 (2009).
- Kim, D., et al. Longitudinal changes in resting-state brain activity in a capsular infarct model. J Cereb Blood Flow Metab. 35 (1), 11-119 (2014).
- Blasi, F., Whalen, M. J., Ayata, C. Lasting pure-motor deficits after focal posterior internal capsule white-matter infarcts in rats. J Cereb Blood Flow Metab. 35 (6), 977-984 (2015).
- Metz, G. A., Antonow-Schlorke, I., Witte, O. W. Motor improvements after focal cortical ischemia in adult rats are mediated by compensatory mechanisms. Behavioural brain research. 162 (1), 71-82 (2005).
