Fonksiyonel Manyetik rezonans spektroskopi 7 fare varil kortekste bıyık etkinleştirme sırasında T
Summary
Kan oksijen-düzey-bağımlı tarafından fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (kalın fMRI) (S1BF denir) karşılık gelen somatosensor varil alan korteks alanı doğru olan aktif, ana kontrol ettikten sonra bu çalışmanın hedeftir laktat içeriği ölçmek için 7 T., yerelleştirilmiş proton manyetik rezonans spektroskopi (1H-Bayan) tarafından aktif sıçan beyin dalgalanmalar
Abstract
Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi serebral metaboliti içeriği vivo ölçmek için fırsat bir teklifi ve noninvazif. Son on yılda ve manyetik alan şiddeti artış teknolojik gelişmeler sayesinde, şimdi iyi bir çözünürlük spectra vivo içinde sıçan beyin elde etmek mümkündür. Neuroenergetics (yani, beyin metabolizma çalışma) ve, özellikle, farklı hücre tipleri arasındaki metabolik etkileşimler son yıllarda daha fazla ilgi çekmiştir. Bu metabolik etkileşimler arasında laktat Servisi neurons ve astrocytes arasında varlığını hala tartışılıyor. Böylece, işlevsel proton manyetik rezonans spektroskopi (1H-Bayan) bir beyin harekete geçirmek ve monitör laktat sıçan modelinde gerçekleştirmek için büyük ilgi olduğunu. Ancak, metil laktat tepe lipid rezonans zirveleri ile çakışıyor ve ölçmek zordur. Aşağıda açıklanan protokol metabolik sağlar ve bir aktif beyin alanında izlenecek dalgalanmaları laktat. Serebral harekete geçirmek bıyık stimülasyon tarafından alınır ve 1H-Bayan olan alanı kan oksijen düzeyi bağlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (kalın fMRI) kullanarak algılanır karşılık gelen aktif varil korteks içinde gerçekleştirilir. Tam olarak açıklanan tüm adımları: anestezi, bobinler ve sıraları, verimli bıyık stimülasyon mıknatıs ve veri işleme içinde doğrudan ulaşma seçimi.
Introduction
Beyin, büyük substrat (yani, glikoz), düzenleme izin iç mekanizmaları katkılarını ve yerel serebral etkinlik değişimler bağlı olarak kendi kullanımı için hem de sahip olur. Glikoz beynin ana enerji substrat olsa da, son yıllarda gerçekleştirilen deneyler astrocytes tarafından üretilen bu laktat, verimli enerji substrat nöronlar için olabilir göstermiştir. Bu hipotezi laktat Servisi1astrocytes ve nöronlar arasında gündeme getiriyor. Astrocyte-nöron laktat Servisi2için ANLS bilinen teorisi hala çok tartışılan ama önerisi şu glikoz açmıştır, nerede içine metabolize astrocytes doğrudan neurons, içine girmek yerine laktat, değil bir metaboliti , sonra verimli enerji substrat kullanmak nöronlar için transfer. Böyle bir mekik vivo içindevarsa, birkaç önemli sonuçları, fonksiyonel beyin görüntüleme (pozitron emisyon tomografisi [PET]) temel teknikleri anlamak için ve gözlenen metabolik değişiklikler deşifre için olurdu beyin patolojiler.
Beyin metabolizma çalışmaya ve özellikle, sinir hücreleri ve astrocytes, dört ana teknikleri arasındaki metabolik etkileşimler mevcuttur (mikro – hariç / nanosensors): autoradiography, evde beslenen hayvan, iki fotonlu floresan confocal mikroskobu ve Bayan. Autoradiography önerilen ilk yöntemlerden birini ve radyoaktif 14C-2-deoxyglucose Beyin dilimleri, evde beslenen hayvan verimleri vivo içinde görüntüleri radyoaktif 18 bölgesel alım sırasında bölgesel birikimi görüntülerini sağlar F-deoxyglucose. İrradiative molekülleri düşük uzamsal çözünürlük fotoğraf üretirken kullanmanın olumsuz yanı zorundalar. İki fotonlu mikroskobu floresan problar hücresel çözümleme sağlayan, ancak doku tarafından ışık saçılma görüntüleme derinliğini sınırlar. Bu üç teknikler daha önce neuroenergetics Rodents bıyık stimülasyon3,4,5,6sırasında eğitim için kullanılmaktadır. Vivo MRS noninvaziv ve nonradioactive çift avantajı vardır ve herhangi bir beyin yapısı araştırdı. Ayrıca, MRS nöronal etkinleştirme, çok yakın zamanda kemirgenler7‘ de geliştirilen fonksiyonel MRS (fMRS) adında bir teknik sırasında gerçekleştirilir. Bu nedenle, 1H-Bayan vivo içinde ve noninvazif beyin aktivite sırasında beyin metabolizma izlemek için bir protokol önerilmiştir. Yordam yetişkin sıhhatli rats doğrudan bir 7 T manyetik rezonans (MR) Imager içinde gerçekleştirilen bir hava-puf bıyık stimülasyon tarafından elde edilen beyin aktivasyonu ile açıklanan ancak herhangi bir patolojik durumu yanı sıra genetiği değiştirilmiş hayvanlar adapte olabilir .
Protocol
Representative Results
Discussion
Somatosensor korteks veya varil alan, için S1BF olarak da bilinir varil korteks kortikal katman sitokrom c oksidaz boyama9kullanarak gözlenen IV içinde bir bölgedir ve büyük ölçüde açıklanan beri organizasyonu iyi bilinmektedir 10,11. Bir vibrissa bir varil civarında 19.000 nöronlar içinde sütun12düzenlenir, bağlıdır. Bıyık varil korteks yolu birçok avantajı vardır. İlk olarak, o içinde mı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser hibe başvuru ANR-10-LABX-57 ve bir Fransız ve İsviçreli ANR-FNS başvuru ANR-15-CE37-0012 LabEx iz grant tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Aurélien Trotier onun teknik destek için teşekkür ederiz.
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 |
References
- Pellerin, L., et al. Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update. Glia. 55, 1251-1262 (2007).
- Pellerin, L., Magistretti, P. J. Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 10625-10629 (1994).
- Cholet, N., et al. Local injection of antisense oligonucleotides targeted to the glial glutamate transporter GLAST decreases the metabolic response to somatosensory activation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 404-412 (2001).
- Voutsinos-Porche, B., et al. Glial Glutamate Transporters Mediate a Functional Metabolic Crosstalk between Neurons and Astrocytes in the Mouse Developing Cortex. Neuron. 37, 275-286 (2003).
- Zimmer, E. R., et al. [18F]FDG PET signal is driven by astroglial glutamate transport. Nature Neuroscience. 20 (3), 393-395 (2017).
- Haiss, F., et al. Improved in vivo two-photon imaging after blood replacement by perfluorocarbon. The Journal of Physiology. , (2009).
- Mullins, P. G. Towards a theory of functional magnetic resonance spectroscopy (fMRS): A meta-analysis and discussion of using MRS to measure changes in neurotransmitters in real time. Scandinvian Journal of Psychology. 59, 91-103 (2018).
- Wong-Riley, M. T., Welt, C. Histochemical changes in cytochrome oxidase of cortical barrels after vibrissal removal in neonatal and adult mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77, 2333-2337 (1980).
- Petersen, C. C. The functional organization of the barrel cortex. Neuron. 56, 339-355 (2007).
- Cox, S. B., Woolsey, T. A., Rovainen, C. M. Localized dynamic changes in cortical blood flow with whisker stimulation corresponds to matched vascular and neuronal architecture of rat barrels. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13, 899-913 (1993).
- Feldmeyer, D. Excitatory neuronal connectivity in the barrel cortex. Frontiers in Neuroanatomy. 6, 24 (2012).
- Boussida, S., Traore, A. S., Durif, F. Mapping of the brain hemodynamic responses to sensorimotor stimulation in a rodent model: A BOLD fMRI study. PLoS One. 12, e0176512 (2017).
- Heinke, W., Koelsch, S. The effects of anesthetics on brain activity and cognitive function. Current Opinion in Anesthesiology. 18, 625-631 (2005).
- Horn, T., Klein, J. Lactate levels in the brain are elevated upon exposure to volatile anesthetics: a microdialysis study. Neurochemistry International. 57, 940-947 (2010).
- Boretius, S., et al. Halogenated volatile anesthetics alter brain metabolism as revealed by proton magnetic resonance spectroscopy of mice in vivo. Neuroimage. 69, 244-255 (2013).
- Sinclair, M. D. A review of the physiological effects of alpha2-agonists related to the clinical use of medetomidine in small animal practice. Canadian Veterinary Journal. 44, 885-897 (2003).
- Weber, R., et al. A fully noninvasive and robust experimental protocol for longitudinal fMRI studies in the rat. Neuroimage. 29, 1303-1310 (2006).
- Hartmann, M. J., Johnson, N. J., Towal, R. B., Assad, C. Mechanical characteristics of rat vibrissae: resonant frequencies and damping in isolated whiskers and in the awake behaving animal. The Journal of Neuroscience. 23, 6510-6519 (2003).
- Prichard, J., et al. Lactate rise detected by 1H NMR in human visual cortex during physiologic stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88, 5829-5831 (1991).
- Sappey-Marinier, D., et al. Effect of photic stimulation on human visual cortex lactate and phosphates using 1H and 31P magnetic resonance spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 12, 584-592 (1992).
- Mazuel, L., et al. A neuronal MCT2 knockdown in the rat somatosensory cortex reduces both the NMR lactate signal and the BOLD response during whisker stimulation. PLoS One. 12, e0174990 (2017).
- Castellano, G., et al. NAA and NAAG variation in neuronal activation during visual stimulation. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 45, 1031-1036 (2012).
- Sarchielli, P., et al. Functional 1H-MRS findings in migraine patients with and without aura assessed interictally. Neuroimage. 24, 1025-1031 (2005).
- Baslow, M. H., Hrabe, J., Guilfoyle, D. N. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 32, 235-245 (2007).
- Mangia, S., Tkac, I. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 245-248 (2008).
- Baslow, M. H., Hrabal, R., Guilfoyle, D. N. Response of the authors to the Letter by Silvia Mangia and Ivan Tkac. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 247-248 (2008).
- Barros, L. F., Weber, B. CrossTalk proposal: an important astrocyte-to-neuron lactate shuttle couples neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 347-350 (2018).
- Bak, L. K., Walls, A. B. CrossTalk opposing view: lack of evidence supporting an astrocyte-to-neuron lactate shuttle coupling neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 351-353 (2018).
