Summary

在在线 MRI 图像的指导下,对流增强将视遗传阿德诺相关病毒载体输送到 Rhesus Macaque 的皮质

Published: May 23, 2019
doi:

Summary

在这里,我们演示了磁共振 (MR) 引导的对流增强病毒载体到皮层 (CED) 到皮层作为一种有效和简化的方法,以实现光遗传学表达在大型皮质区域在猴脑。

Abstract

在非人类灵长类动物(NHP)光遗传学中,用病毒载体感染大型皮质区域通常是一项困难而耗时的任务。在这里,我们演示了使用磁共振 (MR) 引导对流增强交付 (CED) 光遗传学病毒载体到原发性躯体感觉 (S1) 和运动 (M1) 皮质的猴获得高效, 广泛皮质表达光敏性电子通道。在MR引导的CED下,将编码红移蛋白C1V1的Adeno相关病毒(AAV)载体注射到恒河猴皮层中,将这种蛋白注入黄色荧光蛋白(EYFP)。输液后三个月,显微荧光成像在M1和S1中确认两只猴子有大面积的光遗传学表达(>130 mm 2)。此外,我们还能够使用微电皮学阵列记录来自表达区域的可靠光唤起电生理反应。后来对记者进行组织学分析和免疫染色后发现,M1和S1中广泛而密集的光遗传学表达与表显荧光成像所指示的分布相对应。与传统技术相比,这种技术使我们能够在较短的时间内获得皮层大面积的表达,损害最小,并且可能是大型动物(如NHPs)的光遗传学病毒传播的最佳方法。这种方法显示了在动物模型中具有细胞型特异性的神经回路的网络级操作的巨大潜力。

Introduction

光遗传学是一个强大的工具,允许操作神经活动和研究大脑中的网络连接。在非人类灵长类动物(NHPs)中实施这种技术有可能增强我们对灵长类动物大脑中大规模神经计算、认知和行为的理解。虽然光遗传学近年来在NHP中已经成功实施了1、2、3、4、5、6、7,这是一个挑战,研究人员面对的是这些动物在大脑大区域实现高水平的表达。在这里,我们提供一种高效和简化的方法,以实现高浓度的光遗传学表达在大脑皮层的大片区域在猴。这项技术具有巨大的潜力,可以结合最先进的记录8、9和光学刺激10技术,提高这些动物目前的光遗传学研究。

对流增强传递(CED)是一种既定的方法,将药理剂和其他大分子(包括病毒载体)输送到中枢神经系统11、12、13。传统的输液方法涉及分布在大脑小区域的多个低容量输注,而CED可以以更少的输注实现更广泛、更均匀的代理分配。输注过程中压力驱动的散装流体流动(对流)允许在使用CED传播病毒载体时更广泛地均匀地分布目标组织。在最近的研究中,我们使用磁共振(MR)引导的CED演示了大面积原马达(M1)和躯体感觉(S1)皮质9和丘拉丘14的转导和后续光遗传学表达。

在这里,我们概述了使用CED实现光遗传学表达在大型皮质区域,只需几个皮质注射。

Protocol

所有程序均经加州大学旧金山机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 批准,并符合《实验室动物护理和使用指南》。以下手术分别使用两只8岁、7岁的成年雄性河河猴,体重分别为17.5公斤和16.5公斤(猴子G和猴子J)。 注:对所有外科手术使用标准无菌技术。 1. 基线成像 在异胶下对动物进行隔离和插管,维持一般麻醉(浓度根据需要变化在0至5%之间,取决于呼吸?…

Representative Results

在 MRI 指导下对流增强交付 (CED) 病毒载体的传播在CED输注期间在在线MR图像的指导下监测(图3A)。在这项研究中,两只猴子的S1和M1成为攻击目标(图3B)。雅兹丹-沙赫莫拉德等人于2016年9月9日对MR图像(图3C)进行了事后分析,证实了对大?…

Discussion

本文概述了一种可行、高效的技术,通过MR引导的CED在NHP原发性躯体感觉和运动皮层中实现大规模光遗传学表达。与NHP大脑中传统的病毒输注方法相比,MR引导的CED的使用具有显著的优势。其中一个优势是能够在需要输注的大面积区域获得表达。例如,在常规方法中,在直径为 2-3 mm 的区域1、2、5、17 中多次注入 1-2 μL 的载体…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了美国心脏协会博士后奖学金(AY)、国防高级研究计划局(DARPA)重组和可塑性的支持,以加速损伤康复(REPAIR;N66001-10-C-2010),R01。NS073940,由UCSF神经科学成像中心。这项工作还得到了国家卫生研究院尤尼斯·肯尼迪·希弗国家儿童健康与人类发展研究所、华盛顿国家灵长类研究中心(WaNPCR,P51 OD010425)以及神经技术中心(CNT,国家科学基础工程研究中心,由格兰特EEC-1028725)。我们感谢卡米洛·迪亚兹-博蒂亚、蒂姆·汉森、维克托·哈拉齐亚、丹尼尔·西尔弗史密斯、卡伦·麦克劳德、朱莉安娜·米兰尼和布莱克利·安德鲁斯在实验中的帮助,以及南天、何继伟、彼得·莱多克霍维奇、米歇尔·马哈比兹和托尼·豪恩的技术支持。

Materials

0.2 mL High Pressure IV Tubing Smiths Medical Inc., Dublin, OH, USA 533640
0.32 mm ID, 0.43 mm OD Silica Tubing Polymicro Technologies 1068150027
0.45 mm ID, 0.76 mm OD Silica Tubing Polymicro Technologies 1068150625
AAV2.5-CamKII-C1V1-EYFP Penn Vector Core, University of Pennsylvania
ABS plastic Stratasys, MN, USA ABSplus-P430
Antimicrobial incise drape 3M 6650EZ Ioban Drape
Dental Acrylic Henry Schein, Inc. 1013117 Acrylic Bonding Agent
Elevators VWR International, LLC. 10196-564 Langenbeck Elevator, Wide Tip
Fine suture McKesson Medical-Surgical Inc. 1034505
Gadoteridol Prohance, Bracco Diagnostics, Princeton, NJ 0270-1111-04
Laser for light stimulation Omicron-Laserage, Germany PhoxX 488-60
MR compatible 3cc syringe Harvard apparatus, Holliston, MA, USA 59-8377
MR Imaging Software Pixmeo OsiriX MD 10.0
MR-Compatible Pump Harvard apparatus, Holliston, MA, USA Harvard PHD 2000
MR-compatible stereotaxic frame KOPF 1430M MRI
Perifix Clamp Style Catheter Connector B-Braun, Bethlehem, PA, USA N/A
Plastic Screws Plastics 1 0-80 x 1/8N Nylon screws
Titanium screws Crist Instrument Co., Inc. 6-YCX-0312 Self-tapping bone screws
Trephine GerMedUSA Inc, SKU:GV70-42
uPrinter SE 3D printer Stratasys, MN, USA N/A
Vitamin E Capsule Pure Encapsulations, LLC. DE1
Wet sterile absorbable gelatin Pfizer Inc. AZL0009034201 Gelfoam

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Citazione di questo articolo
Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. Convection Enhanced Delivery of Optogenetic Adeno-associated Viral Vector to the Cortex of Rhesus Macaque Under Guidance of Online MRI Images. J. Vis. Exp. (147), e59232, doi:10.3791/59232 (2019).

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