大鼠桶内皮层 7 t 的功能磁共振波谱在晶氏体活化过程中的应用

Summary

通过血氧水平相关功能磁共振成像 (bold fmri) 检查相应的体感桶场皮层区域 (称为 s1bf) 是否正确激活后, 本研究的主要目的是量化乳酸含量在 7 t 的情况下, 局部质子磁共振波谱 (¹h-mrs) 在活化大鼠大脑中的波动。

Abstract

核磁共振 (nmr) 光谱为测量体内和非侵入性的脑代谢物含量提供了机会。由于过去十年的技术发展和磁场强度的增加, 现在有可能在大鼠大脑中获得良好的体内分辨率谱。神经能量学 (即大脑代谢的研究), 特别是不同细胞类型之间的代谢相互作用, 近年来引起了越来越多的兴趣。在这些代谢相互作用中, 神经元和星形胶质细胞之间存在乳酸穿梭性仍在争论中。因此, 在大鼠大脑活化模型中进行功能质子磁共振波谱 (¹h-mrs) 和监测乳酸是非常有趣的。然而, 乳酸甲基谷第2峰与脂质共振峰重叠, 难以量化。下面描述的协议允许在激活的大脑区域监测代谢和乳酸的波动。通过晶须刺激获得大脑激活,^在相应的活性桶皮层进行 1 h-mrs, 其区域是通过血氧水平相关功能磁共振成像 (bold fmri) 检测的。所有步骤都有详细说明: 麻醉剂、线圈和序列的选择, 直接在磁铁中实现高效的晶须刺激, 以及数据处理。

Introduction

大脑拥有内在的机制, 允许调节其主要基质 (即葡萄糖), 这既是因为它的贡献, 也是因为它的利用, 这取决于局部大脑活动的变化。虽然葡萄糖是大脑的主要能量底物, 但近年来进行的实验表明, 由星形胶质细胞产生的乳酸可以成为神经元的有效能量底物。这提出了在星形胶质细胞和神经元¹之间的乳酸穿梭的假设。被称为 anls, 对于星形胶质细胞^{乳酸梭子 2,}这一理论仍然引起了激烈的争论, 但这一理论导致了这样的建议, 即葡萄糖, 而不是直接进入神经元, 可能会进入星形胶质细胞, 在那里它被代谢为乳酸, 一种代谢物, 这是一种代谢物, 这是一种代谢产物。, 然后, 转移到神经元, 使用它作为有效的能量基板。如果这种穿梭物存在于体内, 它将产生几个重要的后果, 这既是为了了解功能性脑成像的基本技术 (正电子发射断层扫描 [pet]), 也是为了破译观察到的代谢改变在大脑疾病。

为了研究大脑代谢, 特别是神经元和星形胶质细胞之间的代谢相互作用, 有四种主要技术可供选择 (不包括微/纳米传感器): 自体摄影、pet、双光子荧光共聚焦显微镜和 mrs。自动摄影是最早提出的方法之一, 它提供了大脑^{切片中放射性 14}c-2-脱氧葡萄糖的区域积累图像, 而 pet在体内产生的区域吸收放射性¹⁸的图像f-脱氧葡萄糖。它们都有在产生低空间分辨率图像的同时使用辐照分子的缺点。双光子显微镜提供荧光探针的细胞分辨率, 但通过组织进行光散射限制了成像深度。这三种技术以前曾被用于研究鼠在晶须刺激 3^,4,5,6期间的神经能量.在体内mrs 具有无创和无放射性的双重优势, 任何大脑结构都可以探索。此外, mrs 可以在神经元激活过程中进行, 这是一种称为功能性 mrs (fmrs) 的技术, 最近在啮齿类动物^中得到了发展。因此, 提出了一种通过体内^和非侵入性的 1 h-mrs 监测大脑活动过程中大脑代谢的方案。这一程序是在成年健康大鼠中描述的, 它们的大脑激活是通过在7t 磁共振 (mr) 成像仪中直接进行的空气吸泡晶须刺激获得的, 但可适用于转基因动物, 也可以适用于任何病理条件下.

Protocol

所有动物程序都是根据欧洲共同体理事会1986年11月24日指令 (86/609/eec) 的动物实验指南进行的。该议定书符合法国农业和森林部的道德准则, 并得到了地方道德委员会 (波尔多海洋 n°50112090-a) 的批准。 注: 在 mr 测量期间, 适当的麻醉和生理监测 (体温、呼吸速率) 是必不可少的要求。 1. 动物 使用体重在350至450克之间的雄性 wistar 大鼠。 保持在…

Representative Results

该方案允许量化代谢物在大脑激活过程中的波动, 这是通过直接在磁铁中的右晶须刺激获得的。 在本研究中, bold fmri 的总体目标是检查晶须刺激是否有效, 对激活的 s1bf 区域进行可视化, 并正确定位1h-frs 的体素。为晶须激活而构建的设备是有效的。事实上, 当使用自制的气泡系统刺激右晶须时, 在左桶皮层 (<strong class="xf…

Discussion

桶皮层, 也称为 s1bf 的体感皮层或桶场, 是一个区域内的皮质层 iv, 可以观察到使用细胞色素 c 氧化酶染色⁹, 它的组织是众所周知的, 因为它已被大量描述^10,11。一个 vibrissa 连接到一个桶, 其中大约 19, 000个神经元被组织在一个专栏 12。威士忌到桶皮层的通路有几个优点。首先, 它可以通过使用与 mri 兼容的空气吹气系统?…

Materials

0.5 mL syringe with needle	Becton, Dickinson and Company, USA	2020-10	0.33 mm (29 G) x 12.7 mm
1H spectroscopy surface coil	Bruker, Ettlingen, Germany	T116344
7T Bruker Biospec system	Bruker, Ettlingen, Germany	70/20 USR
Arduino Uno based pulsing device	custom made
Atipamezole	Vétoquinol, S.A., France	V8335602	Antisedan, 4.28 mg
Breathing mask	custom made
Eye ointment	TVM laboratoire, France	40365	Ocry gel 10 g
Induction chamber	custom made		30x17x15 cm
Inlet flexible pipe	Gardena, Germany	1348-20	4.6-mm diameter, 3m long
Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3	Surgivet, Harvard Apparatus	WWV90TT	from OH 43017, U.S.A
Isoflurane, liquid for inhalation	Vertflurane, Virbac, France	QN01AB06	1000 mg/mL
KD Scientific syringe pump	KD sientific, Holliston, USA	Legato 110
LCModel software	LCModel Inc., Ontario, Canada	6.2
Medetomidine hydrochloride	Vétoquinol, S.A., France	QN05CM91	Domitor, 1 mg/mL
Micropore roll of adhesive plaster	3M micropore, Minnesota, United States	MI912
Micropore roll of adhesive plaster	3M micropore, Minnesota, United States	MI925
Monitoring system of physiologic parameter	SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA	Model 1025
NaCl	Fresenius Kabi, Germany	B05XA03	0.9 % 250 mL
Outlet flexible pipe	Gardena, Germany	1348-20	4.6-mm diameter, 4m long
Paravision software	Bruker, Ettlingen, Germany	6.0.1
Peripheral intravenous catheter	Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon	SP500930S	22 G x 1", 0.85×25 mm, 35 mL/min
Rat head coil	Bruker, Ettlingen, Germany
Sodic heparin, injectable solution	Choai, Sanofi, Paris, France	B01AB01	5000 IU/mL
Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting	Burkert, Germany	3099939	Model type 6013
Terumo 2 ml syringe	Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon	SY243	with 21 g x 5/8" needle
Terumo 5 mL syringe	Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon	05SE1
Wistar RJ-Han rats	Janvier Laboratories, France