ラットにおける安静状態機能磁気共鳴画像データの取得
Summary
本プロトコルは、低用量のイソフルランを用いたラットから安定した安静状態機能的磁気共鳴画像法(rs−fMRI)データを得るための方法を、低用量デクスメデトミジンと組み合わせて説明する。
Abstract
安静状態の機能的磁気共鳴画像法(rs-fMRI)は、休息、非タスク状態で脳機能を研究するためにますます一般的な方法となっています。本プロトコルは、rs-fMRIデータを得るための前臨床生存法を記述する。低用量イソフルランとα 2 アドレナリン受容体アゴニストデキスメデトミジンの連続注入を組み合わせることで、脳ネットワーク機能を維持しながら安定した高品質のデータ取得のための堅牢なオプションを提供します。さらに、この手順は、ラットの自然呼吸およびほぼ正常な生理学を可能にする。追加のイメージングシーケンスは、この方法を使用して最大5時間の麻酔安定性を有する実験プロトコルを作成する安静状態取得と組み合わせることができます。このプロトコルは、装置の設定、麻酔の4つの異なる段階におけるラット生理学のモニタリング、静止状態スキャンの取得、データの品質評価、動物の回復、および後処理データ分析の簡単な議論を記述する。このプロトコルは、休息中に発生する結果として生じる脳ネットワークの変化を明らかにするために、臨床前げっ歯類モデルの多種多様にわたって使用することができます。
Introduction
安静状態機能磁気共鳴画像法(rs-fMRI)は、脳が安静で特定のタスクに従事していない場合の血中酸素レベル依存性(BOLD)シグナルの尺度である。これらの信号は、脳領域間の相関関係を測定して、ニューラルネットワーク内の機能的な接続性を決定するために使用することができます。rs-fMRIは、その非侵襲性と患者の必要な労力の少ない(タスクベースのfMRIと比較して)のために臨床研究で広く使用され、多様な患者集団に最適である1。
技術の進歩により、rs-fMRIはげっ歯類モデルで使用できるように適応し、疾患状態の基礎となるメカニズムを明らかにしました(レビューについては、参照2 を参照)。疾患またはノックアウトモデルを含む前臨床動物モデルは、ヒトでは適用されない広範な実験的操作を可能にし、また研究は、実験をさらに強化するために事後分析サンプルを利用することもできる2。それにもかかわらず、動きを制限することとストレスを軽減することの両方の困難のために、げっ歯類のMRI獲得は伝統的に麻酔下で行われる。麻酔薬は、それらの薬物動態、薬力学、および分子標的に応じて、脳血流、脳代謝に影響を及ぼし、神経血管結合経路に影響を与える可能性がある。
神経血管結合と脳ネットワーク機能3、4、5、6、7、8を維持する麻酔プロトコルを開発するための多くの努力がありました。我々は以前に、α 2アドレナリン受容体アゴニストデクスメデトミジン9の低用量と一緒にイソフルランの低用量を適用する麻酔療法を報告した。この麻酔法の下でラットは、確立された投影経路(腹側および腹腔視床核、一次および二次体性体性感覚皮質)と一致する領域におけるウィスカー刺激に対する堅牢なBOLD応答を示した。デフォルトモードネットワーク10、11およびsalienceネットワーク12を含む大規模な休止状態の脳ネットワークも一貫して検出されている。さらに、この麻酔プロトコルは、同じ動物に繰り返しイメージングを可能にし、これは疾患の進行と実験操作の効果を縦方向に監視するために重要である。
本研究では、実験のセットアップ、動物の調製、および生理学的モニタリング手順を詳述する。特に、各段階における特定の麻酔段階とスキャンの取得について述べています。データ品質は、各休止状態スキャンに従って評価されます。また、スキャン後の分析の概要も説明します。ラットでrs-fMRIを使用する可能性を明らかにすることに興味を持っている研究所は、このプロトコルが有用であることがわかります。
Protocol
Representative Results
Discussion
動物の安定性は、物理的にも生理的にも、高品質の安静状態データを得るための鍵である。このプロトコルは、麻酔の4つの異なる段階を経ることによって安定性を達成する。動物は麻酔の次の段階に移動する前に設定された生理学的閾値を満たしていることが不可欠です;この方法は生理学的な自己調節機構に依存するので、個々の動物は麻酔段階でわずかに異なる時間を必要とするかもし?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生研究所(NIH)の国立薬物乱用研究所(NIDA)からの資金提供によって支えられました[DJW、 EDKSとEMBはグラントR21DA044501によってアラン・I・グリーンに授与され、DJWはグラントT32DA037202によってアラン・J・バドニーに支えられ、国立アルコール乱用・アルコール依存症研究所(NIAAA)[グラントF31AA028413]エミリー・D・K.サリバンに支えられました。ダートマスのレイモンド・ソベル精神医学教授として、アラン・I・グリーンの寄付基金を通じて追加の支援が行われました。
ハンビン・ルーは、国立薬物乱用研究所の壁内研究プログラム(NIH)の支援を受けています。
著者たちは故アラン・I・グリーンを認め、感謝したいと考えております。共生障害の分野に対する彼の揺るぎない献身は、著者間のコラボレーションを確立するのに役立ちました。私たちは、彼の指導と指導に感謝します。
Materials
| 9.4T MRI | Varian/Bruker | Varian upgraded with Bruker console running Paravision 6.0.1 software | |
| Air-Oxygen Mixer | Sechrist | Model 3500CP-G | |
| Analysis of Functional NeuroImages (AFNI) | NIMH/NIH | Version AFNI_18.3.03 | Freely available at: https://afni.nimh.nih.gov/ |
| Animal Cradle | RAPID Biomedical | LHRXGS-00563 | rat holder with bite bar, nose cone and ear bars |
| Animal Physiology Monitoring & Gating System | SAII | Model 1025 | MR-compatible system including oxygen saturation, temperature, respiration and fiber optic pulse oximetry add-on |
| Antisedan (atipamezole hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-867-7097 | Zoetis, Manufacturer Item #10000449 |
| Ceramic MRI-Safe Scissors | MRIequip.com | MT-6003 | |
| Clippers | Patterson Veterinary | 07-882-1032 | Wahl touch-up trimmer combo kit, Manufacturer Item #09990-1201 |
| Dexmedesed (dexmedetomidine hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-893-1801 | Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item#17033-005-10 |
| Digital Rectal Thermometer Covers | Medline | MDS9608 | |
| FMRIB Software Library | FMRIB | MELODIC Version 3.15 | Freely available at: https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki |
| Heating Pad | Cara Inc. | Model 50 | |
| Hemostat forceps, straight | Kent Scientific | INS750451-2 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | Patterson Private Label, Manufacturer Item #14043-0704-06 |
| Isoflurane Vaporizer | VetEquip Inc. | 911103 | |
| Lab Tape, 3/4" | VWR International | 89097-990 | |
| Needles, 23 gauge | BD | 305145 | plastic hub removed |
| Parafilm Laboratory Film | Patterson Veterinary | 07-893-0260 | Medline Industries Inc., Manufacturer Item #HSFHS234526A |
| Planar Surface Coil | Bruker | T12609 | 2cm |
| Polyethylene Tubing | Braintree Scientific | PE50 50FT | 0.023" (inner diameter), 0.038" (outer diameter) |
| Puralube Ophthalmic Ointment | Patterson Veterinary | 07-888-2572 | Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item #211-38 |
| Sprague Dawley Rats | Charles River | 400 SAS SD | |
| Sterile 0.9% Saline Solution | Patterson Veterinary | 07-892-4348 | Aspen Vet, Manufacturer Item #14208186 |
| Sterile Alcohol Prep Pads | Medline | MDS090735 | |
| Surgical Tape, 1" (3M Durapore) | Medline | MMM15381Z | 3M Healthcare, "wide medical tape" |
| Surgical White Paper Tape, 1/2" (3M Micropore) | Medline | MMM15300 | 3M Healthcare |
| Syringes, 1 mL w/ 25 gauge needle | BD | 309626 | |
| Syringes, 3 mL | BD | 309657 | |
| Vented induction and scavenging system | VetEquip Inc. | 942102 | 2 liter induction chamber with active scavenging |
| 411724 | omega flowmeter | ||
| 931600 | scavenging cube, "vacuum" | ||
| 921616 | nose cone, non-rebreathing |
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