Detta arbete presenterar ett protokoll för att utföra en stereotaxic, Neurokirurgisk implantation av mikroelektrodmatriser i den gemensamma Marmoset. Denna metod möjliggör specifikt elektrofysiologiska inspelningar i fritt beter djur men kan lätt anpassas till någon annan liknande neurokirurgiska ingrepp i denna art (t. ex. kanyl för läkemedelsadministrering eller elektroder för hjärnstimulering).
Marmosets (Callithrix jacchus) är små icke-mänskliga primater som ökar i popularitet inom biomedicinsk och preklinisk forskning, inklusive Neurosciences. Phylogenetiskt, dessa djur är mycket närmare människor än gnagare. De visar också komplexa beteenden, inklusive ett brett spektrum av vocalizations och sociala interaktioner. Här beskrivs ett effektivt stereotaxic neurokirurgiskt ingrepp för implantation av inspelnings elektroder i den gemensamma Goeldisapa. Detta protokoll specificerar också de pre-och postoperativa steg av djuromsorg som krävs för att framgångsrikt utföra en sådan operation. Slutligen, detta protokoll visar ett exempel på lokala fält potential och Spike aktivitet inspelningar i en fritt beter Goeldisapa 1 vecka efter det kirurgiska ingreppet. Sammantaget ger denna metod en möjlighet att studera hjärnans funktion i vaken och fritt beter sig marmosets. Samma protokoll kan lätt användas av forskare som arbetar med andra små primater. Dessutom kan det lätt modifieras för att tillåta andra studier som kräver implantat, såsom stimulerande elektroder, mikroinjektioner, implantation av optroder eller guide kanyl, eller ablation av diskreta vävnads områden.
Vanliga silkesapor (Callithrix jacchus) vinner erkännande som en viktig modellorganism inom många forskningsområden, inklusive neurovetenskap. Dessa nya världen primater utgör en viktig kompletterande djurmodell till både gnagare och andra icke-mänskliga primater (NHPs), såsom Rhesus macaque. Som gnagare, dessa djur är små, lätt att manipulera, och relativt ekonomiskt att ta hand om och föda upp1,2,3,4, jämfört med större NHPS. Dessutom har dessa djur en benägenhet för vänortssamarbete och hög fecunditet i förhållande till andra NHPS1,2,3. En annan fördel som Goeldisapa har över många andra primater är att moderna molekylärbiologi verktyg3,4,5,6,7 och en sekvenserade Genome2 ,3,4,5,8 har använts för att genetiskt modifiera dem. Både Knock-in djur med lentivirus5, och knock-out djur med zink-finger nukleaser (zfns) och transkription Activator-liknande effektor nukleaser (talens)7, har gett livskraftiga grundare djur.
En fördel i förhållande till gnagare är att marmosets, som primater, är phylogenetiskt närmare människor3,5,6,9,10,11. Liksom människor, silkesapor är dagaktiva djur som är beroende av en högt utvecklad visuellt system för att vägleda mycket av deras beteende10. Ytterligare, silkesapor uppvisar beteendemässig komplexitet, inklusive ett brett spektrum av sociala beteenden såsom användning av olika vocalizations3, gör det möjligt för forskare att ta itu med frågor som inte är möjliga i andra arter. Ur ett neurovetenskapligt perspektiv, silkesapor har Lissencefali hjärnor, till skillnad från de mer vanliga Rhesus makak9. Dessutom, silkesapor har ett centralt nervsystem som liknar människor, inklusive en mer högt utvecklad prefrontala cortex9. Tillsammans, alla dessa egenskaper positionera silkesapor som en värdefull modell för att studera hjärnans funktion i hälsa och sjukdom.
En vanlig metod för att studera hjärnans funktion innebär att implantera elektroder på anatomiskt specifika platser med hjälp av stereotaxic neurokirurgi. Detta låter för chronical inspelning av den neural aktiviteten i olikt uppsätta som mål områden i vaken och som beter fritt djur12,13. Stereotaxic neurokirurgi är en oumbärlig teknik som används i många linjer av forskning, eftersom det möjliggör exakt inriktning av neuroanatomiska regioner. Jämfört med makak och gnagare litteratur, det finns färre publicerade studier som beskriver stereotaxic neurokirurgi specifika för Marmoset, och de tenderar att ge glesa detalj av de steg som ingår i operationen. Dessutom, de med större detaljfokus främst på förfaranden för elektrofysiologi inspelning i head-återhållsamma djur14,15,16,17.
För att underlätta ett bredare antagande av silkesapor som modellorganism i neurovetenskap forskning, definierar den nuvarande metoden specifika steg som krävs för en lyckad stereotaxic neurokirurgi hos denna art. Förutom implantation av inspelnings kedjor, som beskrivs i denna metod, kan samma teknik anpassas för många andra experimentella ändar, inklusive implantation av stimulerande elektroder för behandling av sjukdomar18 eller causally körning krets beteende19; implantation av guide kanyl för extraktion och kvantifiering av signalsubstanser20, injektioner av reagenser, inklusive de för att inducera sjukdomsmodeller12 eller för krets spårnings studier15; ablation av diskreta vävnads regioner21; implantation av optroder för optogenetiska studier22; implantation av optiska fönster för kortikal Mikroskopisk analys23; och implantation av elektrokortikografiska (ECoG) arrayer24. Således är det övergripande målet för detta förfarande att beskriva de kirurgiska steg som ingår i implantation av mikroelektrodmatriser för kroniska elektrofysiologiska inspelningar i fritt beter sig marmosets.
Detta arbete ger en detaljerad beskrivning av de förfaranden som ingår i implantation av mikroelektrod inspelnings arrayer i Goeldisapa hjärnan. Samma protokoll kan lätt användas när implantera elektroder, vare hemlagad eller kommersiellt tillgänglig, i andra små primater. Dessutom, det kan lätt anpassas för andra experimentella ändar som kräver exakt inriktning av hjärnans strukturer. Därför är detta protokoll målmedvetet vagt när det gäller stereotaxic-koordinater och kranialborrnings tekniker, efter…
The authors have nothing to disclose.
Författarna skulle vilja tacka Bernardo Luiz för teknisk assistans med filmning och redigering. Detta arbete stöddes av Santos Dumont Institute (ISD), brasilianska undervisningsministeriet (MEC) och Coordenação de Aperfeiçoamento de pessoal de Nível Superior (CAPES).
Equipments | |||
683 Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus, Inc. | 55-0000 | |
Anesthesia Assembly | BRASMED | COLIBRI | |
Barber Clippers | Mundial | HC-SERIES | |
Dental Drill | Norgen | B07-201-M1KG | |
Homeothermic Heating Pad and Monitor | Harvard Apparatus, Inc. | 50-7212 | |
Marmoset Stereotaxic Frame | Narishige Scientific Instrument Lab | SR-6C-HT | |
Patient Monitor and Pulse Oximeter | Bionet Co., Ltd | BM3 | |
Stereotaxic Micromanipulator | Narishige Scientific Instrument Lab | SM-15R | |
Surgical Microscope | Opto | SM PLUS IBZ | |
Instruments | |||
Allis tissue forceps | Sklar | 36-2275 | |
Alm Retractor, rounded point, 4×4 teeth | Rhosse | RH11078 | |
Angled McPherson Forceps | Oftalmologiabr | 11301A | |
Curved Surgial Scissors | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8422 | |
Curved Tissue Forceps | Sklar | 47-1186 | |
Delicate Dissection forceps | WPI | WP5015 | |
Dental Drill Bit | Microdont | ISO.806.314.001.524.010 | |
Essring Tissue Forceps | Sklar | 19-2460 | |
FG 1/4 Dental Drill Bit | Microdont | ISO.700.314.001.006.005 | |
Halsey Needle Holder | WPI | 15926-G | |
Halstead Mosquito forceps | WPI | 503724-12 | |
Hemostatic Forceps, Straight | Sklar | 17-1260 | |
Jewler Forceps | Sklar | 66-7436 | |
McPherson-Vannas Optathalmic microscissor, 3 mm point | Argos Instrumental | ARGOS-4004 | |
Pereosteal Raspatory | Golgran | 38-1 | |
Scalpal Handle | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8354 | |
Screwdrivers | Eurotool | SCR-830.00 | |
Sodering Iron | Hikari | 21K006 | |
Surgical Scissor | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8400 | |
Toothed forceps | WPI | 501266-G | |
Disposables/Single Use | |||
1 ml sterile syringe with 26 G needle | Descarpack | 7898283812785 | |
130 cm x 140 cm surgical field, presterilized | ProtDesc | 7898467276344 | |
24G Needle, presterilized | Descarpack | 7898283812846 | |
50 cm x 50 cm surgical field, presterilized | Esterili-med | 110100236 | |
Cotton Tipped Probes, Presterilized | Jiangsu Suyun Medical Materials Co. LTD | 23007 | |
Cotton tipped Qutips | Higie Topp | 7898095296063 | |
Electrode Array | Home made | ||
Endotracheal tube without cuff, internal diameter 2.0 mm, outer diameter 2.9 mm | Solidor | 7898913077201 | |
Tinned copper wire, 0.15 mm diameter | |||
M1.4×3 Stainless steel screws | USMICROSCREW | M14-30M-SS-P | |
Medical Tape | Missner | 7896544910102 | |
Nylon surgical sutures | Shalon | N540CTI25 | |
Scalpal Blade, presterilized | AdvantiVe | 1037 | |
solder | Kester | SN63PB37 | |
Sterile Saline 0.9% | Isofarma | 7898361700041 | |
Sterile Surgical Gloves | Maxitex | 7898949349051 | |
Sterile Surgical Gown | ProtDesc | 7898467281208 | |
Surgical Gauze, 15 cm x 26 cm presterilized | Héika | 7898488470315 | |
Gelfoam | Pfizer | ||
Drugs/Chemicals | |||
0.25mg/ml Atropine | Isofarma | ||
10% Lidocaine Spray | Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. | 7896676405644 | |
2.5% Enrofloxacino veterinary antibiotic | Chemitec | 0137-02 | |
Dexametasona Veterinary Anti inflammatory | MSD | R06177091A-00-15 | |
Hydrogen Peroxide | Farmax | 7896902211537 | |
Isoflourane | BioChimico | 7897406113068 | |
Jet Acrylic polymerization solution | Artigos Odontológicos Clássico | ||
Jet Auto Polymerizing Acrylic | Artigos Odontológicos Clássico | ||
Ketamine 10% | Syntec | ||
Lidocaine and Phenylephrine 1.8 ml local anesthetic | SS White | 7892525041049 | |
Povidone-Iodine solutiom | Farmax | 7896902234093 | |
Riohex 2% surgical Soap | Rioquímica | 7897780209418 | |
Silver Paint | SPI Supplies | 05002-AB | |
Tramadol chloride 50 mg/ml | União Química | 7896006245452 | |
Refresh gel (polyacrylic acid) | Allergan |