غرسات الرأس للتصوير العصبي للفئران المستيقظة والمثبتة على الرأس
Summary
تم وصف إجراء جديد مفصل للتصوير الوظيفي للفئران المستيقظة ذات الرأس.
Abstract
التخدير ، الذي يشيع استخدامه في البحث العلمي قبل السريري والأساسي ، له تأثير اكتئابي على وظائف التمثيل الغذائي والخلايا العصبية والأوعية الدموية في الدماغ ويمكن أن يؤثر سلبا على النتائج الفسيولوجية العصبية. يعد استخدام الحيوانات المستيقظة للدراسات البحثية مفيدا ولكنه يشكل تحديا كبيرا يتمثل في الحفاظ على هدوء الحيوانات وثباتها لتقليل القطع الأثرية الحركية خلال الحصول على البيانات. يعد التصوير المستيقظ في القوارض الأصغر حجما (مثل الفئران) شائعا جدا ولكنه يظل ضئيلا في الفئران لأن الفئران أكبر وأقوى ولديها ميل أكبر لمعارضة قيود الحركة وتثبيت الرأس على مدى الفترات الطويلة المطلوبة للتصوير. تم وصف نموذج جديد للتصوير العصبي للفئران المستيقظة المثبتة بالرأس باستخدام حبال مخيطة يدويا مخصصة ، وزرع رأس مطبوع 3D ، وأغطية رأس ، وإطار رأس. تشير النتائج التي تم الحصول عليها بعد تجربة واحدة من التحفيز أحادي الشارب إلى زيادة في شدة الاستجابة الوظيفية المثارة. إن اكتساب الاستجابة الوظيفية المستثارة من الفئران المستيقظة الثابتة الرأس أسرع من تلك الموجودة في الفئران المخدرة ، وهي موثوقة وقابلة للتكرار ويمكن استخدامها للدراسات الطولية المتكررة.
Introduction
يتم الحصول على معظم تحقيقات التصوير العصبي العلمية الأساسية وقبل السريرية والانتقالية من الحيوانات المخدرة1،2. يسهل التخدير التجريب ولكنه يؤثر باستمرار على عملية التمثيل الغذائي في الدماغ والجسم وضغط الدم ومعدل ضربات القلب3. يضيف نوع المخدر ومدة وطريقة الإعطاء متغيرات مربكة لتفسير البيانات التي يمكن أن تسهم في التكاثر والفشل الانتقالي4. يتمثل عنق الزجاجة الرئيسي لدراسات التصوير العصبي للفئران المستيقظة والمثبتة على الرأس في الحاجة إلى الحفاظ على الفئران ثابتة وهادئة طوال عمليات التحضير والحصول على البيانات. تنتج الحركات الصغيرة عناصر حركة غير مبررة ، والتي يمكن أن تؤثر سلبا على تحليل البيانات وتفسيراتها.
تم ابتكار نموذج جديد للتصوير العصبي من الفئران المستيقظة ذات الرأس الثابت باستخدام حبال مخصصة ، وغرسات رأس ثلاثية الأبعاد (3D) مطبوعة ، وأغطية رأس ، وإطار رأس يوفر العديد من المزايا لسهولة التجريب. غرسة الرأس 3D خفيفة وتغطي جزءا صغيرا من الجمجمة اللازمة للتبديل. تم تصميم غرسات الرأس والأغطية المطبوعة 3D باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). تم وصف بروتوكولات تحفيز الشارب ، والحصول على البيانات ، وتحليل البيانات ، والنتائج من الفئران المخدرة بالتفصيل في العمل السابق5،6،7.
Protocol
Representative Results
Discussion
يوفر استخدام تصوير الفئران المستيقظ والثابت للرأس العديد من المزايا من حيث السهولة والتخصيص. تسمح الرافعات المصممة خصيصا بلف الفئران من خلال مادة شبكية قابلة للتنفس ، مما يلغي الحاجة إلى إحاطة الحيوانات في غرف تقييد بلاستيكية مغلقة لفترات طويلة من الزمن10,11</su…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نعترف بكلارا جونز وجيمس ستيروالت ولين هوانغ ويونغ جون ها وأميرسهيل زاريه لمساعدتهم أثناء تدريب الفئران وإعداد الرافعات. تم توفير التمويل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (المعاهد الوطنية للصحة ، رقم المنحة: NS119852) ومؤسسة Leducq (رقم المنحة: 15CVD02).
Materials
| Rats | Charles River | Sprague Dawley | |
| Isoflurane | Pivetal | 21295098 | General anesthetic |
| Lidocaine HCl 2% injection | Phoenix | L-2000-04 | Local anesthetic |
| Atropine sulfate injection | Vedco | 5098907512 | Help in respiration |
| Lactated Ringer's injection solution | Vedco | 50989088317 | |
| Flunixin injection | Vedco | 6064408670 | Pain management |
| Enrosite injection (Enrofloxacin 2.27%) | VetOne | 501084 | Avoid infection |
| PromAce injection (Acepromazine maleate) | Beohringer Ingelheim | 136059 | |
| Animax ointment | Dechra Veterinary Products | 122-75 | active ingredients of nystatin 1000units per gram, neomycin sulfate 2.5mg per gram, thiostrepton 2500 units per gram, and triamcinolone acetonide 1mg per gram |
| Puralube ophthalmic ointment | Dechra Veterinary Products | 211-38 | |
| Povidone-iodine PVP prep pads | Medline | MDS093917 | Betadine generic |
| Isopropyl alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Vetbond tissue adhesive | 3M | 1469SB | |
| Bur (drill bit), standard operatory carbide | SS White Burs | 14829 | #3 bur |
| Screws, 00-90 x 1/8 flat head stainless steel | J.I. Morris | F0090CE125 | Anchor screws |
| Stereotaxic system | Kopf Instruments | 1430 | |
| Homeothermic heating blanket | Harvard Apparatus | 50-7220-F | |
| Pulse oximeter & heart rate monitor | Kent Scientific | MouseStat Jr. | |
| Petrolatum | Fisher Scientific | P66-1LB | Vaseline generic |
| Wire, bare copper | Fisher Scientific | 15-545-2C | 20 gauge |
| Teets Cold Cure powder | Pearson Dental | C73-0054 | active ingredient: Methyl Methacrylate |
| Teets Cold Cure liquid | Pearson Dental | C73-0078 | active ingredient: Methyl Methacrylate |
| Silicone mold rubber | Smooth-On | Body Double Fast | silicon polymer |
| Metricide 28 (Germicide) | Metrex | Oct-05 | |
| India ink, black | Pelikan | 301051 | |
| Dental drill | NSK Dental | Ultimate XL-F | |
| 3D printer | Prusa Research | i3 MK3S+ | |
| Sew on fasteners | Velcro | 90030 | |
| Pet screening utility fabric | Joann | 10173334 | Netting material |
| Bur (drill bit), standard operatory carbide | SS White Burs | 14829 | #1 bur |
Riferimenti
- Cicero, L., Fazzotta, S., Palumbo, V. D., Cassata, G., Lo Monte, A. I. Anesthesia protocols in laboratory animals used for scientific purposes. Acta Biomedica. 89 (3), 337-342 (2018).
- Lythgoe, M. F., Sibson, N. R., Harris, N. G. Neuroimaging of animal models of brain disease. British Medical Bulletin. 65, 235-257 (2003).
- Albrecht, M., Henke, J., Tacke, S., Markert, M., Guth, B. Influence of repeated anaesthesia on physiological parameters in male Wistar rats: A telemetric study about isoflurane, ketamine-xylazine and a combination of medetomidine, midazolam and fentanyl. BMC Veterinary Research. 10, 310 (2014).
- Uhlig, C., Krause, H., Koch, T., Gama de Abreu, M., Spieth, P. M. Anesthesia and monitoring in small laboratory mammals used in anesthesiology, respiratory and critical care research: A systematic review on the current reporting in top-10 impact factor ranked journals. PLoS One. 10 (8), 0134205 (2015).
- Chen-Bee, C. H., et al. Visualizing and quantifying evoked cortical activity assessed with intrinsic signal imaging. Journal of Neuroscience Methods. 97 (2), 157-173 (2000).
- Chen-Bee, C. H., Agoncillo, T., Xiong, Y., Frostig, R. D. The triphasic intrinsic signal: Implications for functional imaging. The Journal of Neuroscience. 27 (17), 4572-4586 (2007).
- Chen-Bee, C. H., Agoncillo, T., Lay, C. C., Frostig, R. D. Intrinsic signal optical imaging of brain function using short stimulus delivery intervals. Journal of Neuroscience Methods. 187 (2), 171-182 (2010).
- Scott, B. B., Brody, C. D., Tank, D. W. Cellular Resolution Functional Imaging in Behaving Rats Using Voluntary Head Restraint. Neuron. 80 (2), 371-384 (2013).
- Frostig, R. D., Lieke, E. E., Ts’o, D. Y., Grinvald, A. Cortical functional architecture and local coupling between neuronal activity and the microcirculation revealed by in vivo high-resolution optical imaging of intrinsic signals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (16), 6082-6086 (1990).
- Chang, P. C., et al. Novel method for functional brain imaging in awake minimally restrained rats. Journal of Neurophysiology. 116 (1), 61-80 (2016).
- Stenroos, P., et al. Awake rat brain functional magnetic resonance imaging using standard radio frequency coils and a 3D printed restraint kit. Frontiers in Neuroscience. 12, 548 (2018).
- Vogler, G. A., Suckow, M. A., Weisbroth, S. H., Franklin, C. L. Chapter 19 – Anesthesia and Analgesia (Second Edition). The Laboratory Rat. , 627-664 (2006).
- Schwarz, C., et al. The head-fixed behaving rat–Procedures and pitfalls. Somatosensory and Mot Research. 27 (4), 131-148 (2010).
- Roh, M., Lee, K., Jang, I. S., Suk, K., Lee, M. G. Acrylic resin molding based head fixation technique in rodents. Journal of Visualized Experiments. (107), e53064 (2016).
- Ferris, C. F. Applications in awake animal magnetic resonance imaging. Frontiers in Neuroscience. 16, 854377 (2022).
- Tiran, E., et al. Transcranial functional ultrasound imaging in freely moving awake mice and anesthetized young rats without contrast agent. Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (8), 1679-1689 (2017).
- Desjardins, M., et al. Awake mouse imaging: From two-photon microscopy to blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging. 4 (6), 533-542 (2019).
- Koletar, M. M., Dorr, A., Brown, M. E., McLaurin, J., Stefanovic, B. Refinement of a chronic cranial window implant in the rat for longitudinal in vivo two-photon fluorescence microscopy of neurovascular function. Scientific Reports. 9, 5499 (2019).
- Drew, P. J., et al. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7 (12), 981-984 (2010).
- Cao, R., et al. Functional and oxygen-metabolic photoacoustic microscopy of the awake mouse brain. Neuroimage. 150, 77-87 (2017).
- Grinvald, A., Frostig, R. D., Siegel, R. M., Bartfeld, E. High-resolution optical imaging of functional brain architecture in the awake monkey. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88 (24), 11559-11563 (1991).
- Roe, A. W. Long-term optical imaging of intrinsic signals in anesthetized and awake monkeys. Applied Optics. 46 (10), 1872-1880 (2007).
- Polley, D., Kvašňák, E., Frostig, R. Naturalistic experience transforms sensory maps in the adult cortex of caged animals. Nature. 429 (6987), 67-71 (2004).
