Summary

Eksponering av Pig CNS for Histologisk analyse: En håndbok for halshogging, Skull Åpning og Brain Removal

Published: April 13, 2017
doi:

Summary

Målet med dette papir, og instruksjonsvideo er å beskrive hvordan man avsløre og fjerne postmortem grisehjerne og hypofysen i en intakt tilstand, egnet for etterfølgende makroskopisk og histologisk analyse.

Abstract

Griser har blitt stadig mer populære i stor dyr translasjonell nevro forskning som en økonomisk og etisk gjennomførbart alternativ til ikke-menneskelige primater. Den store hjernestørrelse av pluggen tillater bruk av konvensjonelle kliniske hjerne kameraene og direkte bruk og testing av nevrokirurgiske prosedyrer og utstyr fra den humane klinikk. Videre makroskopisk og histologisk analyse krever imidlertid postmortem eksponering av pluggen sentralnervesystemet (CNS) og etterfølgende fjerning av hjernen. Dette er ikke en lett oppgave, som piggen CNS er innkapslet av en tykk, bony skalle og ryggsøylen. Målet med dette papir, og instruksjonsvideo er å beskrive hvordan man avsløre og fjerne postmortem grisehjerne og hypofysen i en intakt tilstand, egnet for etterfølgende makroskopisk og histologisk analyse.

Introduction

Translasjonsforskning nevrovitenskap studier i griser har blitt stadig mer populært i løpet av de siste to tiårene. Den store størrelsen på grisehjerne muliggjør bruk av konvensjonelle kliniske hjerne kameraene og direkte bruk og testing av nevrokirurgiske prosedyrer og utstyr fra den humane klinikk 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. I de siste 20 årene, griser, spesielt minigriser (f.eks, Gottingen minigris), er blitt brukt til å undersøke neuromodulatory behandlingsformer, slik som stamcelletransplantasjon; viral vektor transfeksjon; og dyp hjernestimulasjon rettet mot Parkinsons sykdom, fedme, depresjon og Alzheimers sykdom 2, 6,= "xref"> 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. Dette er fulgt av en utvikling av stereotaksiske og kirurgiske tilnærminger for å manipulere marsvin CNS 3, 18, 19, 20, 21. Er blitt evaluert anlegges CNS endringer i levende dyr ved å bruke hjerneavbildning (PET 10, 13, 22, 24 og MR-23), cystometry 11, 12, 25, gangartanalyse17, neurologisk evaluering 9, 17, og post mortem undersøkelse basert på histologi og stereological analyse 14, 15, 17, 26, 27, 31. Imidlertid krever post mortem analyse eksponering og fjerning av grisehjerne, som er ikke en lett oppgave, som en tykk, bony skalle og et fibrøst dural dekker omgir grisehjerne.

Målet med dette papiret og instruksjonsvideo er å beskrive hvordan postmortem gris hjernen og hypofysen kan bli utsatt og fjernet i et intakt tilstand i 15-20 min ved hjelp av ikke-motoriserte kirurgiske verktøy. Instruksjonsvideoen og fotografiske illustrasjoner viser mannlige minigriser (alder: 6 måneder, kroppsvekt: 20-25 kg) som brukes for en anatomisk studie om minigris hypofysen.

Protocol

Animal anestesi og euthanesia ble utført i henhold til "Prinsipper for forsøksdyr omsorg" (NIH publikasjon nr 86-23, revidert 1985) og godkjent av det danske Rådet for dyre forskningsetikk. 1. instrumenter Samle instrumentene som presenteres i videoen og oppført i tabell for materialteknologi. 2. halshogging MERK: Anestesi ble indusert ved en intramuskulær injeksjon av 5 ml av midazolam (…

Representative Results

For å hindre at vevet materiale fra å tørke ut, er det anbefalt å lagre fjernet hjerne og hypofyse i en krukke fylt med fikseringsmiddel eller isotonisk saltoppløsning umiddelbart etter makroskopisk analyse er blitt utført. Vevet materiale kan lagres i fiksativ i år, mens lagring i isotonisk saltoppløsning, selv i et kjøleskap, vil føre til vev nedbrytning med tiden. Den fjernede hypofysen kan også være direkte fro…

Discussion

De fleste eksperimentelle nevro studier er utført på små dyrearter, slik som mus og rotter, hvor tilgang til CNS er tilrettelagt med en tynn skull- og dural-tykkelse. I større forsøksdyr som griser 1, 4, 8, sauer 32, og ikke-humane primater, den betraktelige tykkelse av disse strukturene nødvendiggjør bruk av robuste instrumenter (tabell av materialer) og riktig startpunkter for skallebenet fjerni…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne erkjenner med takknemlighet dyktige hjelp fra fru Trine W. Mikkelsen, fru Lise M. Montering, og personalet på Påskehøjgaard. Den danske Medical Research Council, Lundbeck Foundation, og Novo Nordisk Foundation finansielt støttet studien.

Materials

Heavy Scalpel Handle #4 FST (Fine Science Tools) 10008-13 Good for skin incision and soft tissue removal
Non-Sterile Scalpel Blades #23 FST  10023-00
Scalpel Handle #7 FST  10007-12 Optimal for dural incision and precision work
Non-Sterile Scalpel Blades #11 FST  10011-00
Surgical Forceps FST  11024-18 The tip of the surgical forceps ensure a firm grip 
Kerrison Bone Punch Aesculap Neurosurgery FF713R Must be robust, bite size 3-5 mm
Bone Rongeur Aesculap Neurosurgery MD615 Must be robust, bite size 15 x 5 mm
Bone Rongeur Aesculap Neurosurgery FO551R Must be robust, bite size 25 x 15 mm 
Bone Chisel Lawton 67-0335 The size of the chisel head should not exceed 20 mm
Mallet (Hammer) Millarco 5624108 Weigth 300 g, length 30 cm, head hit area size 2 x 2 cm
Micro-Scissor FST  14002-14  
Dissector Aesculap Neurosurgery OL165R
 Göttingen minipigs  Ellegaard Göttingen Minipigs A/S, Denmark
Euthanimal pentobarbital
Ketamine Pfizer
Midazolam  Hameln Pharmaceuticals

Referências

  1. Lind, M. N., Moustgaard, A., Jelsing, J., Vajta, G., Cumming, P., Hansen, A. K. The use of pigs in neuroscience: Modeling brain disorders. Neurosci Biobehav Rev. 31, 728-751 (2007).
  2. Bjarkam, C. R., et al. Neuromodulation in a minipig model of Parkinson disease. British J Neurosurg. 22 (Suppl. 1), S9-S12 (2008).
  3. Bjarkam, C. R., Cancian, G., Glud, A. N., Ettrup, K. S., Østergaard, L., Sørensen, J. C. MRI-guided stereotaxic targeting in pigs based on a stereotaxic localizer box fitted with an isocentric frame and use of SurgiPlan computer-planning software. J Neurosci Methods. 183 (2), 119-126 (2009).
  4. Sauleau, P., Lapouble, E., Val-Laillet, D., Malbert, C. H. The pig model in brain imaging and neurosurgery. Animal. 3 (8), 1138-1151 (2009).
  5. Bjarkam, C. R., et al. Safety and function of a new clinical intracerebral microinjection instrument for stem cells and therapeutics examined in the Göttingen minipig. Stereotact Funct Neurosurg. 88 (1), 56-63 (2010).
  6. Fjord-Larsen, L., et al. Long-term delivery of nerve growth factor by encapsulated cell biodelivery in the minipig basal forebrain. Mol Therapy. 18 (12), 2164-2172 (2010).
  7. Sørensen, J. C., et al. Development of neuromodulation treatments in a large animal model – Do neurosurgeons dream of electric pigs?. Prog Brain Res. 194, 97-103 (2011).
  8. Dolezalova, D., et al. Pig models of neurodegenerative disorders: utilization in cell replacement-based preclinical safety and efficacy studies. J Comp Neurol. 522 (12), 2784-2801 (2014).
  9. Mikkelsen, M., Moller, A., Jensen, L. H., Pedersen, A., Harajehi, J. B., Pakkenberg, H. MPTP-induced Parkinsonism in minipigs: A behavioral, biochemical, and histological study. Neurotoxicol Teratol. 21, 169-175 (1999).
  10. Danielsen, E. H., et al. The DaNEX study of embryonic mesencephalic, dopaminergic tissue grafted to a minipig model of Parkinson’s disease: Preliminary findings of effect of MPTP poisoning on striatal dopaminergic markers. Cell Transplant. 9 (2), 247-259 (2000).
  11. Dalmose, A., Bjarkam, C. R., Sørensen, J. C., Jørgensen, T. M., Djurhuus, J. C. Effects of high frequency deep brain stimulation on urine storage and voiding function in conscious minipigs. Neurourol Urodyn. 23 (3), 265-272 (2004).
  12. Dalmose, A., Bjarkam, C. R., Djurhuus, J. C. Stereotactic electrical stimulation of the pontine micturition center in the pig. Br J Urol. 95, 886-889 (2005).
  13. Andersen, F., Watanabe, H., Bjarkam, C. R., Danielsen, E. H., Cumming, P. Pig brain stereotaxic standard space: Mapping of cerebral blood flow normative values and effect of MPTP-lesioning. Brain Res Bull. 66 (1), 17-29 (2005).
  14. Glud, A. N., et al. Direct gene transfer in the minipig CNS using stereotaxic lentiviral microinjections. Acta Neurobiol Exp. 70 (3), 1-8 (2010).
  15. Glud, A. N., et al. Direct MRI-guided stereotaxic viral mediated gene transfer of alpha-synuclein in the minipig CNS. Acta Neurobiol Exp. 71 (4), 508-518 (2011).
  16. Ettrup, K. S., Sørensen, J. C., Rodell, A., Alstrup, A. K. O., Bjarkam, C. R. Hypothalamic deep brain stimulation influences autonomic and limbic circuitry involved in the regulation of aggression and cardiocerebrovascular control in the minipig. Stereotact Funct Neurosurg. 90 (5), 281-291 (2012).
  17. Nielsen, M. S., et al. Continuous MPTP intoxication in the minipig results in chronic parkinsonian deficits. Acta Neurobiol Exp. 76, 198-210 (2016).
  18. Bjarkam, C. R., et al. A MRI-compatible stereotaxic localizer box enables high-precision stereotaxic procedures in pigs. J Neurosci Methods. 139 (2), 293-298 (2004).
  19. Bjarkam, C. R., Jorgensen, R. L., Jensen, K. N., Sunde, N. A. A., Sørensen, J. C. H. Deep brain stimulation electrode anchoring using BioGlue®, a protective electrode covering, and a titanium microplate. J Neurosci Methods. 168, 151-155 (2008).
  20. Ettrup, K. S., et al. Basic Surgical Techniques in the Minipig: Intubation, Transurethral Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion. J Vis Exp. (52), e2652 (2011).
  21. Ettrup, K. S., Tornøe, J., Sørensen, J. C., Bjarkam, C. R. A surgical device for minimally invasive implantation of experimental deep brain stimulation leads in large research animals. J Neurosci Methods. 200 (1), 41-46 (2011).
  22. Danielsen, E. H., et al. Positron emission tomography of living brain in minipigs and domestic pigs. Scand J Lab Anim Sci Suppl. 25 (1), 127-135 (1998).
  23. Røhl, L., et al. Time evolution of cerebral perfusion and ADC measured by MRI in a porcine stroke model. J Magn Reson Imaging. 15 (2), 123-129 (2002).
  24. Cumming, P., Gillings, N. M., Jensen, S. B., Bjarkam, C. R., Gjedde, A. Kinetics of the uptake and distribution of the dopamine D2/3 agonist (R)-N-[1-11C]n-propylnorapomorphine in brain of healthy and MPTP-poisoned Gottingen miniature pigs. Nucl Med Biol. 30 (5), 547-553 (2003).
  25. Jensen, K. N., Deding, D., Sørensen, J. C., Bjarkam, C. R. Long-term implantation of deep brain stimulation electrodes in the pontine micturition centre of the minipig. Acta Neurochir. 151 (7), 785-794 (2009).
  26. Rosendal, F., et al. Does chronic low dose treatment with ciclosporin influence the brain? A histopathological study in pigs. Transplantation Proc. 37 (8), 3305-3308 (2005).
  27. Nielsen, M. S., Sørensen, J. C., Bjarkam, C. R. The substantia nigra pars compacta of the minipig: An anatomical and stereological study. Brain Struct Funct. (4-5), 481-488 (2009).
  28. Sørensen, J. C., Bjarkam, C. R., Simonsen, C. Z., Danielsen, E., Geneser, F. A. Oriented sectioning of irregular tissue blocks in relation to computerized scanning modalities. Results from the domestic pig brain. J Neurosci Methods. 104, 93-98 (2000).
  29. Bjarkam, C. R., Pedersen, M., Sørensen, J. C. New strategies for embedding, orientation and sectioning of small brain specimens enable direct correlation to MR-images, brain atlases, or use of unbiased stereology. J Neurosci Methods. 108, 153-159 (2001).
  30. Bjarkam, C. R., Sørensen, J. C., Geneser, F. A. Distribution and morphology of serotonin-immunoreactive axons in the hippocampal region of the New Zealand white rabbit. I. Area dentata and hippocampus proper. Hippocampus. 13 (1), 21-37 (2003).
  31. Bjarkam, C. R., Glud, A. N., Orlowski, D., Sørensen, J. C., Palomero-Gallagher, N. The telencephalon of the minipig, cytoarchitecture and cortical surface anatomy. Brain Struct Funct. , (2016).
  32. Boltze, J., Nitzsche, B., Geiger, K. D., Schoon, H. A. Histopathological investigation of different MCAO modalities and impact of autologous bone marrow mononuclear cell administration in an ovine stroke model. Transl Stroke Res. 2, 279-293 (2011).
  33. Jortner, B. S. The return of the dark neuron. A histological artifact complicating contemporary neurotoxicologic evaluation. Neurotoxicology. 27, 628-634 (2006).
check_url/pt/55511?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Bjarkam, C. R., Orlowski, D., Tvilling, L., Bech, J., Glud, A. N., Sørensen, J. H. Exposure of the Pig CNS for Histological Analysis: A Manual for Decapitation, Skull Opening, and Brain Removal. J. Vis. Exp. (122), e55511, doi:10.3791/55511 (2017).

View Video