في الجسم الحي التصوير من الألياف البصرية النزاهة العصب عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي تعزيز التباين في الفئران
Summary
يوضح هذا الفيديو طريقة، وذلك باستخدام الماسح الضوئي السريرية 3 T، مقابل تعزيز النقيض MR التصوير من الفأرة البصرية والسذاجة الإسقاط لفي الدراسات المجراة المتكررة والطولي للانحطاط العصبية البصرية المرتبطة الحادة إصابة العصب البصري سحق والمزمنة الضمور في العصب البصري الفئران خروج المغلوب (P50 KO).
Abstract
النظام البصري القوارض يشمل خلايا الشبكية العقدة والمحاور العصبية الخاصة التي تشكل العصب البصري لدخول مراكز مهادي والدماغ المتوسط، والتوقعات بعد المشبكي إلى القشرة البصرية. بناء على بنيتها التشريحية متميزة ومريحة للمعاقين، فقد أصبح الهيكل المفضل للدراسات على بقاء الخلايا العصبية، وتجديد محور عصبي، واللدونة متشابك. وقد مكنت التطورات الأخيرة في MR التصوير والتصور في الجسم الحي من الجزء retino سقفي هذا الإسقاط باستخدام المنغنيز بوساطة تعزيز النقيض (ميمري). هنا، نقدم بروتوكول اورده من أجل التوضيح من الإسقاط البصرية في الفئران، الذي لا يمكن أن يتحقق قرارات (200 ميكرون) 3 3 المشتركة باستخدام الماسحات الضوئية تسلا. ونحن لشرح كيفية حقن intravitreal من جرعة واحدة من 15 نانومول MnCl 2 يؤدي إلى تعزيز المشبعة من الإسقاط سليمة في غضون 24 ساعة. مع استثناء من شبكية العين، وindepen التغيرات في كثافة إشارةدنت من التحفيز البصري وتزامن أو الشيخوخة الفسيولوجية. نحن مزيد من تطبيق هذه التقنية لرصد طوليا تنكس محور عصبي ردا على الحادة إصابة العصب البصري، وهو النموذج الذي المنغنيز 2 + النقل الاعتقالات تماما في موقع الآفة. على العكس، ونشط المنغنيز 2 + النقل يتناسب كميا لبقاء، العدد، والنشاط الكهربائي من الألياف محور عصبي. لمثل هذا التحليل، ونحن مثالا المنغنيز 2 + حركية النقل على طول المسار البصري في نموذج الفأر وراثيا (NF-P50 كيلوبايت KO) عرض ضمور عفوية من الحسية، بما في ذلك المرئية والتوقعات. في هذه الفئران، اورده يشير إلى انخفاض ولكن لا تتأخر المنغنيز 2 + النقل بالمقارنة مع الفئران نوع البرية، وبذلك تكشف علامات ضعف الهيكلية و / أو وظيفية عن طريق الطفرات NF كيلوبايت.
باختصار، اورده الجسور مريح في الجسم الحي المقايسات والأنسجة بعد الوفاة لcharacterizatiعلى النزاهة الألياف العصبية والنشاط. ومن المفيد للغاية لدراسات طولية على تنكس محور عصبي والتجديد، والتحقيقات في فئرانا معدلة وراثيا لالظواهر حقيقية أو محرض.
Introduction
على أساس هيكلها العصبية التشريحية مواتية النظام البصري القوارض يقدم إمكانيات فريدة من نوعها لتقييم المركبات الدوائية وقدرتها على التوسط العصبية 1 أو الآثار المؤيدة لل2،3 التجدد. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح دراسات عن الخصائص الوظيفية والعصبية التشريحية للالمسوخ الماوس، كما يتضح في الآونة الأخيرة لالفئران التي تفتقر إلى البروتين السقالات قبل المشبكي الباسون 4. علاوة على ذلك، مجموعة واسعة من الأدوات التكميلية يتيح إضافية يضم من الشبكية العقدة الخلية (RGC) وأرقام محوار RGC وكذلك النشاط RGC، على سبيل المثال، من خلال تخطيط كهربية الشبكية والاختبارات السلوكية، وتحديد إعادة ترتيب القشرية عن طريق التصوير الضوئي الإشارات الجوهرية. أحدث التطورات التقنية في الفحص المجهري ليزر تمكين التصور الموضع من RGC التجديد في الأنسجة العميقة عن طريق التصوير مضان في عينات جبل بأكمله من العصب البصري (ON) والدماغ. في هذا histologنهج كال، رباعي هيدرو الفوران أساس المقاصة الأنسجة في تركيبة مع ضوء مضان المجهري ورقة يسمح القرار من الألياف واحد أن إعادة إدخال في ON deafferented والجهاز البصري 5. بينما مثل هذه التقنيات قد تكون متفوقة في القرار وتحديد أنماط النمو، فإنها لا تمكن التحليلات المتكررة وطولية من الأحداث نمو الفرد، والتي يتم المطلوب وخاصة لتقييم عملية التجديد على المدى الطويل.
واستخدمت تعزيز التباين التصوير بالرنين المغناطيسي لتصور الغازية الحد الأدنى من إسقاط retino سقفي في الفئران والجرذان 6،7. ويمكن تحقيق هذا عن طريق التسليم المباشر العين أيونات ممغطس (على سبيل المثال، المنغنيز 2 +) إلى خلايا الشبكية. كما التناظرية الكالسيوم، وهو مدرج المنغنيز 2 + في RGC somata عبر قنوات الكالسيوم الجهد بوابات ونقلها بنشاط على طول محور عصبي الهيكل الخلوي للON سليمة والجهاز البصري. في حين أنه يتراكم في الدماغ نوىمن الإسقاط المرئي، أي في النواة الركبية الجانبية (LGN) وأكيمة متفوقة (SC)، ونشر عبر التشابك في القشرة البصرية الأولية تظهر ضئيلة 8،9، على الرغم من أنه قد تحدث 10،11. تحت MR التسلسل، ممغطس المنغنيز 2 + تقوي MR النقيض أساسا بتقصير T-1 تدور شعرية وقت الاسترخاء 12. مثل المنغنيز 2 + تعزيز التصوير بالرنين المغناطيسي (ميمري) قد تم تطبيقها بنجاح في مختلف الدراسات العصبية التشريحية والوظيفية من الفئران، بما في ذلك تقييم تجدد المحاور والضمور بعد الإصابة ON 13،14، ورسم الخرائط التشريحية الدقيقة لإسقاط 15 retino سقفي ، فضلا عن تحديد خصائص النقل محور عصبي بعد العلاج الدوائي 16. قمنا بمد التحسينات الأخيرة في الجرعة والسمية، وحركية العصبية المنغنيز 2 + امتصاص والنقل، فضلا عن تحسين بروتوكولات التصوير بالرنين المغناطيسي تطبيقه على الدراسات المتعلقة المعدلة وراثيا9 الفئران باستخدام الماسحات الضوئية 3 تسلا التي يشيع استخدامها في الممارسة السريرية 17.
هنا، نقدم بروتوكول اورده مناسبة للطولية في الجسم الحي التصوير من إسقاط retino سقفي الماوس وتجسد تطبيقه من خلال تقييم المنغنيز 2 + تعتمد تعزيز إشارة في ظل ظروف تنكس عصبي السذاجة ومختلف. يضع بروتوكول لدينا التركيز بوجه خاص على الحصول على البيانات MR في 3 T المجال المغناطيسي المعتدلة التي هي عموما أكثر سهولة من الماسحات الضوئية الحيوان مخصص. في الفئران السذاجة، نحن لتوضيح كيف يمكن أن يكون المسالك محددة كثافة إشارة كبيرة وبتكاثر تصبح زادت بعد intravitreal (ivit) المنغنيز 2 + التطبيق. كميا، المنغنيز 2 + الانتشار على طول الإسقاط المرئي يحدث بشكل مستقل عن عملية الشيخوخة الطبيعية (قياس بين الفئران 3 و 26 شهرا من العمر) وزيادة غير الحرارية إلى التحفيز البصري والتكيف مع الظلام. في المقابل، المنغنيز <sيخف تصل> 2 + تخصيب في مراكز مهادي والدماغ المتوسط التالية الحاد على سحق اصابة 18 وكذلك في nfkb1 الفئران خروج المغلوب (P50 KO) يعاني من عفوية الموت RGC أفكارك وON الضمور 19. وهكذا، في التوسع إلى التحليل النسيجي التقليدية، وتحليل اورده طولية من الحيوانات الفردية تمكن من التنميط حركية فريدة من عمليات الاعصاب. وهذا ينبغي أن تكون مفيدة لدراسات عن العصبية وتجدد المحاور المرتبطة التدخلات الدوائية أو وراثية.
Protocol
Representative Results
Discussion
اورده من النظام البصري يمتد تقنيات العصبية الحيوية التقليدية لتقييم الأداء الوظيفي في ظل ظروف السذاجة والمرضية. وبصرف النظر عن تقديم نظرة فريدة من نوعها في سلامة معزولة CNS الألياف المسالك، اورده يمكن استكمال بسهولة مع اختبارات سلوكية، على سبيل المثال، البصريا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويدعم حزب العدالة والتنمية من قبل مؤسسة أوبنهايم وRH معتمد من قبل مؤسسة VELUX. نشكر أولا Krumbein لBuder التقنية وK. لدعم النسيجي، وJ. غولدشميت (معهد لايبنتز لبيولوجيا الأعصاب، ماغديبورغ، ألمانيا) للحصول على المشورة التقنية بشأن TIMM تلطيخ.
Materials
| Manganese (II) chloride solution 1M | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | M1787 | MEMRI contrast reagent |
| Conjuncain | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 7617666 | 0.4% oxybuprocaine hydrochloride |
| Floxal eye drops | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 3820927 | 3 mg/ml ofloxacin |
| Ointment panthenol | Jenapharm, Jena, Germany | PZN 3524531 | |
| Chloral hydrate | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | C8383 | 420-450 mg/kg body weight |
| Isoflurane | Actavis, Munich, Germany | PZN 7253744 | |
| Hamilton syringe | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 7634-01 | SYR 5 µl, 75 RN, no NDL |
| 34 G needle (34/35/pst4/tapN) | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 207434/00 | removable needle RN, 34 gauge, lenght 38.1 mm, point style 4 |
| Binocular Stemi-2000 | Zeiss, Oberkochen, Germany | ||
| 3T MRI scanner Magnetom TIM Trio | Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany | ||
| Rat head coil | Doty Scientific Inc., Columbia, SC, USA | ||
| Mouse holder | custom made | ||
| Red light lamp | |||
| Frozen section medium NEG-50 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 6502 | tissue embedding for cryo-sections |
| Sodium dihydrogen phosphate monohydrate (NaH2PO4) | Merck, Darmstadt, Germany | 106346 | for sulfide perfusion |
| Sodium sulfide nonahydrate (Na2S × 9 H2O) | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | 208043 | |
| gum arabic | Roth, Arlesheim, Switzerland | 4159 | for TIMM staining |
| Hydroquinone (C6H6O2) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 3586 | |
| Citric acid (C6H8O7) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 6490 | |
| Tri-sodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7 x 2H2O) | Merck, Darmstadt, Germany | 106448 | |
| Silver nitrate (AgNO3) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 7908 | |
References
- Kretz, A., et al. Simvastatin promotes heat shock protein 27 expression and Akt activation in the rat retina and protects axotomized retinal ganglion cells in vivo. Neurobiol Dis. 21, 421-430 (2006).
- Lima, S., et al. Combinatorial therapy stimulates long-distance regeneration, target reinnervation, and partial recovery of vision after optic nerve injury in mice. Int Rev Neurobiol. 106, 153-172 (2012).
- Lima, S., et al. Full-length axon regeneration in the adult mouse optic nerve and partial recovery of simple visual behaviors. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 9149-9154 (2012).
- Goetze, B., et al. Vision and visual cortical maps in mice with a photoreceptor synaptopathy: reduced but robust visual capabilities in the absence of synaptic ribbons. Neuroimage. 49, 1622-1631 (2010).
- Luo, X., et al. Three-dimensional evaluation of retinal ganglion cell axon regeneration and pathfinding in whole mouse tissue after injury. Exp Neurol. 247, 653-662 (2013).
- Pautler, R. G., et al. In vivo neuronal tract tracing using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 40, 740-748 (1998).
- Watanabe, T., et al. Mapping of retinal projections in the living rat using high-resolution 3D gradient-echo MRI with Mn2+-induced contrast. Magn Reson Med. 46, 424-429 (2001).
- Pautler, R. G. In vivo, trans-synaptic tract-tracing utilizing manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). NMR biomed. 17, 595-601 (2004).
- Haenold, R., et al. Magnetic resonance imaging of the mouse visual pathway for in vivo studies of degeneration and regeneration in the CNS. Neuroimage. 59, 363-376 (2012).
- Lindsey, J. D., et al. Magnetic resonance imaging of the visual system in vivo: transsynaptic illumination of V1 and V2 visual cortex. Neuroimage. 34, 1619-1626 (2007).
- Bearer, E. L., et al. Role of neuronal activity and kinesin on tract tracing by manganese-enhanced MRI (MEMRI). Neuroimage. 37, S37-S46 (2007).
- Mendonca-Dias, M. H., et al. Paramagnetic contrast agents in nuclear magnetic resonance medical imaging. Semin Nucl Med. 13, 364-376 (1983).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the optic visual pathway and optic nerve injury in adult rats. J Magn Reson Imaging. 22, 492-500 (2005).
- Sandvig, I., et al. In vivo MRI of olfactory ensheathing cell grafts and regenerating axons in transplant mediated repair of the adult rat optic nerve. NMR biomed. 25, 620-631 (2012).
- Chan, K. C., et al. In vivo retinotopic mapping of superior colliculus using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Neuroimage. 54, 389-395 (2011).
- Chan, K. C., et al. In vivo chromium-enhanced MRI of the retina. Magn Reson Med. 68, 1202-1210 (2012).
- Herrmann, K. H., et al. Possibilities and limitations for high resolution small animal MRI on a clinical whole-body 3T scanner. Magma. 25, 233-244 (2012).
- Villegas-Perez, M. P., et al. Rapid and protracted phases of retinal ganglion cell loss follow axotomy in the optic nerve of adult rats. J Neurobiol. 24, 23-36 (1993).
- Takahashi, Y., et al. Development of spontaneous optic neuropathy in NF-κΒ50-deficient mice: requirement for NF-κΒp50 in ganglion cell survival. Neuropathol Appl Neurobiol. 33, 692-705 (2007).
- Herrmann, K. H. P., et al. MRI compatible small animal monitoring and triggering system for whole body scanners. Z Med Phys. 24, 55-64 (2013).
- Danscher, G., Zimmer, J. An improved Timm sulphide silver method for light and electron microscopic localization of heavy metals in biological tissues. Histochemistry. 55, 27-40 (1978).
- Angenstein, F., et al. Manganese-enhanced MRI reveals structural and functional changes in the cortex of Bassoon mutant mice. Cereb cortex. 17, 28-36 (2007).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the rat visual pathway: acute neural toxicity, contrast enhancement, axon resolution, axonal transport, and clearance of Mn(2). J Magn Reson Imaging. 28, 855-865 (2008).
- Lehmann, K., et al. Vision and visual plasticity in ageing mice. Restor Neurol Neurosci. 30, 161-178 (2012).
- Takeda, A., et al. Manganese transport in the neural circuit of rat CNS. Brain Res Bull. 45, 149-152 (1998).
- Nairismagi, J., et al. Manganese-enhanced magnetic resonance imaging of mossy fiber plasticity in vivo. Neuroimage. 30, 130-135 (2006).
- Smith, K. D., et al. In vivo axonal transport rates decrease in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neuroimage. 35, 1401-1408 (2007).
- Berkowitz, B. A., et al. Noninvasive and simultaneous imaging of layer-specific retinal functional adaptation by manganese-enhanced MRI. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 2668-2674 (2006).
- Schnapf, J. L. B. D. A. How photoreceptor cells respond to light. Sci. Am. 256 (8), (1987).
- Yu, X., et al. In vivo auditory brain mapping in mice with Mn-enhanced MRI. Nat Neurosci. 8, 961-968 (2005).
- Sun, S. W., et al. Noninvasive topical loading for manganese-enhanced MRI of the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52, 3914-3920 (2011).
- Sun, S. W., et al. Impact of repeated topical-loaded manganese-enhanced MRI on the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 53, 4699-4709 (2012).
