Пьезоэлектрический операция привела к повышению в человека стоматологических и челюстно-лицевой хирургии. Мы разработали протокол для оптимизации пьезоэлектрический хирургии для окно черепной хирургии в мышей.
Multiphoton микроскопии широко адаптирована для визуализации нейронов в естественных условиях. Повторяющихся изображений требует имплантации черепной окна или неоднократные истончение черепа. Черепной окно операции обычно выполняется с высокой скорости поворотного дрель, и многих детективов найти его сложно предотвратить дрель от повреждения тонкий Дура и кровеносных сосудов. Интенсивное обучение и практика необходима для удаления кости без ущерба для основной ткани и таким образом окно черепной хирургии может быть сложным, трудоемким и производят повреждение тканей. Пьезоэлектрический хирургии, который широко используется для стоматологических и челюстно-лицевой хирургии, использует ультразвуковых колебаний для удаления кости без повреждения мягких тканей. Мы разработали метод применения пьезоэлектрический хирургии для улучшения черепной окна хирургии в мышах в рамках подготовки к multiphoton изображений. Сравнение в нашей лаборатории найти метод требует меньше времени, хирургии и имеет более низкий средний уровень осложнений дурального кровотечения, чем окно черепной хирургии с Ротари бур.
Черепной окно хирургии для подготовки грызунов multiphoton изображений в естественных условиях стала важным методом в неврологии. Удаление или истончение костей необходимо подготовить мышь для оптических изображений с микроскопом multiphoton. Эта операция производится полное удаление области кости для предоставления базовой Дура1или истончение региона кости без полного удаления из Дура2. Тонкий череп подход может производить меньше воспаления и активации микроглии3 но обеспечивает глубины резкости изображений, меньший размер окна изображения (200 мкм) и ограниченного периода времени в течение которого окно можно образы из-за кости отрастания2 . Добавление полированной и армированного стекла окна (порты) может увеличить размер изображений и изображений период, но трудно выполнить4.
Обе текущих операций использовать высокая скорость Ротари бур для тонких или удалить кости черепа. Техника тонкого череп также использует скальпель после упражнения для дальнейшего тонкая кость2. Порты техника требует дополнительный шаг высокой скорости, полировки с зернистостью4. В высокой скорости Ротари дрель, турбины воздуха питание или электродвигатель приводит сверло для спина на высокой скорости. Как Ротари сверла раздел костей и мягких тканей, существует риск повреждения Дура и кровеносных сосудов. Успех операции зависит от мастерства хирурга. Помимо этих окон, подготовленных с механическим хирургические методы химический метод оптически очистки черепа с различными решениями был развитых5,6. Однако поскольку пьезоэлектрический хирургии является механический метод хирургии, наши сравнения здесь будет ограничена другими механическими методами.
Пьезоэлектрический хирургические приборы используют ультразвуковой вибрации, чтобы сломать минерализованных кости без повреждения основной мягких тканей и таким образом предлагают подход быстро тонких большой площади кости. В пьезоэлектрической хирургические наконечника турбина заменяется на стек керамических дисков и вибрировать когда тока применяется, диски на ультразвуковых частотах. Колебания передаются через наконечник алмазов с покрытием советы, чтобы прорваться через кости без повреждения мягких тканей, преимущество над Ротари упражнения, которые не делают различий между типами ткани. Пьезоэлектрический хирургии был первоначально разработан для использования в человека Tomaso Vercellotti и привело к улучшениям в стоматологии и черепно максилофациальной хирургии7,8,9,10,11 .
Пьезоэлектрический хирургии был использован для создания остеотомия в крыс Вистара и был найден, магнитно-резонансная томография (МРТ) и гистология производить значительно меньший ущерб, чем традиционной стоматологической дрель12. Авторы пришли к выводу, что пьезоэлектрические хирургии было безопасно для удаления кости вблизи мягкой мозговой ткани. Мышей, однако, тоньше Дура, которая повреждена более легко, и что исследования не подготовка windows к хронической оптических изображений. Хронический изображений требует, чтобы сосуды не повреждены и что под окном не образуют сгустки крови. Повреждение Дура приводит к воспаление, которое вызывает окно в облаке, и активирует Микроглия и распространение реактивной астроциты. Здесь мы оптимизировали пьезоэлектрический хирургии для мышей для создания тонкой череп и кости полное удаление черепной windows подходит для хронических изображений. Мы сравнили этой хирургической техники черепной окно операций подготовлен с высокой скорости поворотного дрель.
Операция может быть изменена путем изменения кончик хирургического. Есть много различных размеров наконечника, который может быть применен для наконечника. Изменить размер или форму кончика приведет в различных размеров окна. В дополнение к 4 мм кончика мы также попытался отзыв 3 мм и обнаружил, что он также работал хорошо. Даже с орошением со льдом холодной фаго, мы не смогли получить хорошие результаты с советами, которые были слишком узкими (примерно 0,25 мм) Благодаря концентрированной вибрации, вызывая слишком много тепла и сжигание кости, ведущих к повреждению к базовой Дура. Мы не пробовали множество других советов, которые доступны, и мы ожидаем, что другие лаборатории могут найти новых приложений для этих различных советов. Хотя хирургии является относительно простым, мы обнаружили, что есть несколько шагов, которые могут потребовать устранения неполадок. Во-первых, что вибрирующие кончик производит много турбулентности в фаго, который снижает видимость и создает трудности в установлении глубины кости в кости, истончение шаг хирургии. Мы рекомендуем, чтобы, если это слишком трудно увидеть, как тонкая кость, взять перерыв, чтобы высушить череп и окна, применяя стерильным ватным тампоном в сторону кости. Не применять ватным тампоном непосредственно к окну, так как шероховатая поверхность наносит ущерб тонкие кости. После проверки глубины, повторно фаго и продолжите операцию. Мы также обнаружили, что если есть повреждения Дура, это обычно связано хирург, слишком много давления на чаевые. Удерживая наконечник более нежно и применения менее силой, скорее всего, решить эту проблему. Если хирург насильственно выскабливание кончик на кости, он будет причиной перерыва в тонких костей и повреждения черепа. Наконец если после истончение костей, основной Дура ушиб, вполне вероятно, из-за избыточного тепла от вибрации. Увеличение скорости потока фаго будет исправить эту проблему.
Основное ограничение PHASOR является что наконечник может тонкие кости, но не может удалить все кости над Дура. Кончик алмаза с покрытием имеет небольшие грубые неровности. Растирание, необходимых для тонкой черепа бы истирает Дура и вызвать кровотечение, если это были использованы, чтобы удалить все кости. Таким образом чтобы удалить оставшиеся тонкий слой требуется использования щипцов. Хотя есть текущие дебаты на ли изображений через тонкий череп производит меньше воспаления и меньше распространение Микроглия и реактивной астроциты, в некоторых случаях окно с оставшихся без костей является предпочтительным, например, обеспечить большую глубину визуализации3 .
Мы оптимизировали черепной окно подготовки к multiphoton изображений в мышах. PHASOR является, насколько нам известно, первое применение пьезоэлектрический технику для грызунов черепной окно хирургии для оптических изображений. Мы находим, что использование пьезоэлектрической хирургии в мышах разделяет преимущества повышенной скорости и снижение неблагоприятных событий, которые также зарегистрированы в людей7,8,9,10. Использование пьезоэлектрические устройства привели к быстрее операции (рисунок 2A) и меньше неблагоприятных событий кровотечений по сравнению с высокоскоростной роторный сверла (рис. 2B). Мы также нашли, в нашей лаборатории, что фазовый было проще для новых хирургов узнать, чем традиционные подходы к черепной окна хирургии. Преимущества скорость и простота использования являются скорее всего отличаются среди хирургов. Тонкий череп препараты обычно требуют 30-45 мин тонкие кости с сверла и скальпеля2, в то время как фазовый подход обычно требует меньше чем 10 мин.
Мы обнаружили, что в windows, приготовленные PHASOR мы могли изображения кальция переходные процессы в слой 4 пирамидных нейронов моторной коры, который был transfected с вирусом адено связанные кодирования кальция индикатора JRGECO1a (AAV9. Syn.NES-jRGECO1a.WPRE.SV40). Мы также обнаружили, что, по сравнению с тонкой череп черепа окно приготовленные роторный буровой и скальпеля, изображений региона была больше, хотя тонкий черепа, приготовленные Ротари бур и скальпеля визуализации окна диаметром 20 мкм2 . С PHASOR мы смогли быстро тонкой области 3-4 мм. Это похоже на окно визуализации, сообщили с портами4. Это больше окно сохраняет преимущество быстрого изображений для тонких череп windows приготовленные Стоматологическая дрели и скальпеля. Кроме того окно, приготовленные PHASOR может быть немедленно imaged, в отличие от традиционных кости удаления windows, которые могут потребовать недель, чтобы залечить до того, как окно может быть оптимально imaged3.
Этот метод может быть применен для изучения изменения кровотока в сосудах под Дура. Важным будущего исследования-сравнить иммунореактивности PHASOR с другими методами черепной окна. Это было бы важно, чтобы определить, если ИЗМЕРЕННЫЕ производит меньше воспаления по сравнению с существующими методами. Мы надеемся, что пьезоэлектрические хирургической техники, документально здесь позволит более лаборатории для выполнения черепной windows и успешно использовать multiphoton изображений в естественных условиях.
Убедитесь, что наконечник установлено для того чтобы вибрировать на самом низком настройки и что в настоящее время орошается фаго с постоянной скоростью. Ледяной фаго должны применяться постоянно, или он будет тепло и повредить Дура. Мы обнаружили, что фаго должны применяться в размере менее 1 мл/мин либо шприцем в руке, или использовать Перистальтический насос, вместо встроенных орошения в наконечник. Ирригационная система в наконечник слишком насильственно изгонять фаго и производит слишком много потрясений, который будет значительно ухудшить видимость.
The authors have nothing to disclose.
Тамара Zeric за помощь получить multiphoton образ в этом документе. Поддержке мозг и поведение, Паркинсона и JPB фондов, R01 MH108186 и R01 DA07418. F31 стипендий 1F31MH109293-01A1 с S.
Piezosurgery Touch | Mectron | 5120062 | Piezosurgery GP model has the same settings |
Circular 4mm flat piezosurgery tip (# OT11) | Mectron | 3370019 | This tip was ideal for our windows but there are many other tips of different sizes availible. |
Stereotax frame | Kopf | 963 | |
Mouse adaptor | Stoelting | 51625 | |
Peristaltic pump for irrigation. | Cole-Parmer | WU-77120-42 | Makes it easier to irrigate and frees up the other hand to provide stability. Irrigation can be performed by hand with a syringe if necessary. |
Avitene Ultrafoam | Bard-Davol | 1050020 | Important to stop any minor bleeding instantly. |
C&B Metabond | Parkell | S380 | Much stronger than regular dental acrylic. |
Artificial cerebro spinal fluid (ACSF) | Tocris | 3525 | |
Puralube opthalmic ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
Mice | JAX | 664 | |
Prairie Ultima multiphoton microscope | Olympus | ||
JRGECO1a (AAV9.Syn.NES-jRGECO1a.WPRE.SV40) | UPENN Vector Core |