Funktionell magnetresonans-spektroskopi på 7 T i råtta fat Cortex under morrhår aktiveringen

Summary

Efter kontroll av blod-syre-nivå-beroende funktionell magnetisk resonanstomografi (fet fMRI) som motsvarande somatosensoriska fat fältet cortex område (kallas S1BF) är korrekt aktiverad, viktigaste målet med denna studie är att kvantifiera Laktathalten fluktuationer i aktiverade råtta hjärnor av lokaliserade proton magnetisk resonans spektroskopi (¹H-MRS) på 7 T.

Abstract

Kärnmagnetisk resonans (NMR) erbjuder möjlighet att mäta cerebral metabolit innehållet i vivo och noninvasivt. Tack vare teknisk utveckling under det senaste decenniet och ökningen av magnetisk fältstyrka är det nu möjligt att få bra upplösning spectra i vivo i råtthjärna. Neuroenergetics (dvs., studier av hjärnans metabolism) och, särskilt, metaboliska interaktioner mellan de olika celltyper har lockade mer och mer intresse under de senaste åren. Bland dessa metaboliska interaktioner, är förekomsten av laktat transfer mellan nervceller och astrocyter fortfarande omdebatterat. Det är därför av stort intresse att utföra funktionella proton magnetisk resonans spektroskopi (¹H-MRS) i en råtta modell av hjärnan aktivering och övervaka laktat. Dock metyl laktat toppen överlappar lipid resonanstoppar och är svårt att kvantifiera. Protokollet beskrivs nedan tillåter metabola och laktat fluktuationer som ska övervakas i ett aktiverat hjärnområde. Cerebral aktiveringen erhålls genom morrhår stimulering och ¹H-MRS utförs i motsvarande aktiverade fat cortex, vars område detekteras med hjälp av blod-syre-nivå-beroende funktionell magnetisk resonanstomografi (fet fMRI). Alla stegen fullt beskrivs: valet av bedövningsmedel, spolar och sekvenser, att uppnå effektiv morrhår stimulering direkt i magnet och databehandling.

Introduction

Hjärnan besitter inneboende mekanismer som gör att regleringen av dess stora substrat (dvs, glukos), både för dess bidrag och kapacitetsutnyttjande, beroende på variationer i lokal cerebral aktivitet. Glukos är den främsta energi substraten för hjärnan, har experiment utförts under de senaste åren visat att laktat, som produceras av astrocyterna, kan vara en effektiv energi substrat för nervceller. Detta väcker hypotesen om en laktat transfer mellan astrocyter och nervceller¹. Känd som ANLS, för Astrocyten-neuron laktat transfer², teorin diskuteras fortfarande högt men har lett till förslaget att glukos, i stället för att gå direkt in i nervceller, kan ange astrocyterna, där det metaboliseras till laktat, en metabolit som är , sedan, överförs till nervceller, som använder det som effektiv energi substrat. Om sådan en pendelbuss finns i vivo, skulle det ha flera viktiga konsekvenser, både för att förstå grundläggande tekniker i funktionell cerebral imaging (positronemissionstomografi [sällskapsdjur]) och för att dechiffrera de metaboliska förändringar som observerats i hjärnans sjukdomar.

Att studera hjärnans metabolism och i synnerhet, metaboliska interaktioner mellan nervceller och astrocyter, fyra huvudsakliga tekniker är tillgänglig (inte inklusive mikro-/ nanosensorer): autoradiografi, PET, två-photon fluorescerande konfokalmikroskopi och MRS. Autoradiografi var en av de första metoder som föreslås och ger bilder av regionala ansamling av radioaktivt ¹⁴C-2-deoxyglucose i hjärnan skivor, medan PET avkastning i vivo bilder av det regionala upptaget av radioaktivt ¹⁸ F-deoxyglucose. De båda har nackdelen med att använda irradiative molekyler samtidigt som det producerar bilder med låg-spatial upplösning. Två-foton mikroskopi cellulära lösning av fluorescerande sonder, men ljusspridning av vävnad begränsar imaging djupet. Dessa tre tekniker har tidigare använts för att studera neuroenergetics hos gnagare under morrhår stimulering^3,4,5,6. In vivo MRS har den dubbla fördelen av att vara icke-invasiv och nonradioactive, och någon hjärnstruktur kan utforskas. MRS kan dessutom utföras under neuronal aktivering, en teknik som kallas funktionell MRS (fMRS), som har utvecklats mycket nyligen i gnagare⁷. Därför föreslås ett protokoll för att övervaka hjärnans metabolism under cerebral aktivitet av ¹H-MRS i vivo och noninvasivt. Förfarandet beskrivs i vuxna friska råttor med hjärnans aktivering erhålls genom en luft-puff morrhår stimulering utförd direkt i 7 T (herr) magnetkamera men kan anpassas i genetiskt modifierade djur samt i alla sjukdomstillstånd .

Protocol

Alla djur förfaranden genomfördes enligt de riktlinjer som djur experiment av Europeiska gemenskapernas direktiv av den 24 November 1986 (86/609/EEG). Protokollet träffade de etiska riktlinjerna av det franska ministeriet för jordbruk och skogar och godkändes av de lokala etiska kommittéerna (Comité d ‘éthique pour L’ expérimentation Animale Bordeaux n ° 50112090-A). Obs: Under herr mätningarna, adekvat anestesi och fysiologiska övervakning (kroppstemperatur, andningsfrekvens) är …

Representative Results

Detta protokoll tillåter kvantifiering av metaboliten fluktuationer under hjärnans aktivering, som erhålls genom rätt morrhår stimulering direkt i magneten. I denna studie var det övergripande målet för DJÄRVA fMRI att kontrollera att morrhår stimulering var effektiva, att visualisera området aktiveras S1BF och korrekt lokalisera voxel för 1H-fMRS. Byggd för morrhår aktivering av enheten är effektiv. Ve…

Discussion

Fat cortex, även kallad S1BF för fältet somatosensoriska cortex eller fat, är en region inom det kortikala skiktet IV som kan observeras med hjälp av cytokrom c oxidas färgning⁹, och dess organisation är väl kända eftersom det har varit till stor del beskrivs ^10,11. En vibrissa är ansluten till ett fat, som omkring 19.000 nervceller är organiserade i en kolumn¹². Whisker-till-fat cortex vägen har flera f…

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