Circunscrita capsular del infarto de modelado mediante técnica photothrombotic
Summary
Este manuscrito describe una técnica de modelado de infarto capsular. Aquí hemos utilizado una técnica photothrombotic modificado con baja intensidad de la luz después de la cartografía de destino antes de la cirugía. Usando esta técnica, hemos creado un modelo de infarto capsular circunscrita con deficiencia motora 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
Hasta hace poco, la "carrera de la materia gris (GMS) modelos" se han utilizado exclusivamente para comprender la fisiopatología del accidente cerebrovascular y para guiar el desarrollo de nuevos tratamientos. Sin embargo, ha habido una creciente prevalencia de accidente cerebrovascular que afecta a la sustancia blanca subcortical en individuos de edad avanzada, lo que constituye 15 – 25% de los ictus 1,2. Numerosos estudios se han realizado en relación con el uso de modelos de carrera de la SGM, mientras que hay pocos estudios que han utilizado modelos de carrera de la sustancia blanca (WMS). La materia blanca en los roedores es sustancialmente menor que la materia blanca en los seres humanos o primates. En consecuencia, es más difícil de acceder selectivamente y destruir las regiones diana en la sustancia blanca 3. Además, no hay herramientas eficaces se han desarrollado hasta la fecha para destruir selectivamente la medida prevista de la materia blanca de destino. Por lo tanto, ha sido la falta de modelos apropiados para el estudio de los trazos de la materia blanca.
st Animalmodelos roke a menudo se utilizan para controlar el progreso de la recuperación de motor para el desarrollo de nuevos rehabilitación y métodos terapéuticos. Es ideal para utilizar un modelo animal que exhibe un déficit neurológico a largo plazo concordante con las alteraciones anatómicas demostrado en el accidente cerebrovascular humana 4,5. En este sentido, la rápida recuperación del déficit motor y la amplia participación del cerebro después del infarto lesioning puede no ser realista en la búsqueda de la investigación del accidente cerebrovascular. Anteriores modelos de infarto capsular han sido realizadas por la oclusión de la carótida interna o las arterias coroideas anterior y difusión de la endotelina-1 (ET-1) en la cápsula interna 6-9. Sin embargo, oclusión de la arteria requiere una cuidadosa disección de las arterias, sino que produce una amplia área de la lesión del infarto, incluyendo la cápsula interna, sin déficit de comportamiento persistentes. Por otra parte, ET-1 no era difusa para destruir por completo el brazo posterior de la cápsula interna, y por lo tanto menos marcada o de persistir Behavioral déficit.
Un modelo de infarto photothrombotic ha sido ampliamente utilizado para generar diversos tipos de lesiones del infarto en el córtex y estructuras subcorticales 10. La técnica incluye la administración intravenosa, seguido por la iluminación focal, lo que conduce a la agregación de plaquetas en los vasos pequeños y la generación de lesiones de infarto 10. Photothrombotic técnica se ha utilizado ampliamente para crear lesiones GMS, mientras que rara vez se ha utilizado para generar lesiones WMS 5,11. Para esta técnica, una combinación de Rosa de Bengala colorante y la luz de irradiación ha demostrado ser útil en la destrucción de la estructura diana, causando déficits funcionales correspondientes. El elemento clave de esta técnica es photothrombotic irradiación de luz, ya que determina el tamaño de las lesiones de infarto. Resultados de irradiación de luz en diferentes efectos en la materia gris y la materia blanca, debido a la dispersión de la luz es más de 4 veces mayor en ma blancatter en comparación con la materia gris 12; En consecuencia, si la intensidad de la luz tiene una irradiancia suficientemente baja (<1,140 mW / mm2), se puede limitar la extensión a la lesión photothrombotic afecta a la medida en la sustancia blanca (es decir., Cápsula interna). Por ejemplo, la luz de mayor energía puede inducir infartos, tanto en la materia gris y blanca, sin embargo, menor energía de la luz puede inducir photothrombosis sólo en la sustancia blanca. Por otra parte, la penetración de la energía de la luz era muy limitado. Aproximadamente el 99% de la energía de la luz se pierde más allá de 1 mm de la fuente de luz 13. Por lo tanto, se espera que los objetivos muy precisos, más baja energía la luz induce photothrombosis sólo en la sustancia blanca con una intrusión mínima de la sustancia gris vecino.
A continuación, se describe un nuevo método para crear lesiones de infarto en la zona de la extremidad anterior de la cápsula interna en los roedores. Se describe el método de identificación de la zona de la extremidad anterior de la ca internapsule, la tecnología de irradiación de luz, incluyendo el ajuste y la entrega de la luz, y la generación de una lesión del infarto. También describimos las pruebas de comportamiento utilizados para evaluar la integridad de la modelización capsular.
Protocol
Representative Results
Discussion
El modelo de infarto capsular presentado aquí demuestra una lesión diana con deficiencia motora marcada y persistente en la función de la extremidad anterior. Los modelos anteriores de un derrame cerebral subcortical capsular han demostrado un grado insuficiente de deterioro motor y una rápida 6,8,9 proceso de recuperación. En este sentido, este modelo se asemeja a los casos de infarto capsular clínicos que presentan deterioro funcional a largo plazo.
Los pasos más crítico…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por una beca del Instituto de Medicina Ingeniería de Sistemas (Imse) y Fondo GIST-Caltech Collaborative (K04592) de GIST y por el Programa de Investigación de Ciencias Básicas a través NRF de Corea financiado por el Ministerio de Ciencia, las TIC y la planificación 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 |
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