Summary

Eksponering af Pig CNS til histologisk analyse: En Manual til Decapitation, Skull Åbning og Brain Removal

Published: April 13, 2017
doi:

Summary

Målet med dette papir og instruktions video er at beskrive, hvordan at blotlægge og fjerne den post mortem svinehjerne og hypofysen i en intakt tilstand, egnet til efterfølgende makroskopisk og histologisk analyse.

Abstract

Grise er blevet stadig mere populært i store dyr translationel neurovidenskab forskning som en økonomisk og etisk realistisk alternativ til ikke-menneskelige primater. Den store hjerne størrelse grisen tillader anvendelsen af ​​konventionelle kliniske hjerne kameraer og direkte anvendelse og test af neurokirurgiske procedurer og udstyr fra den humane klinik. Yderligere makroskopisk og histologisk analyse kræver imidlertid post mortem eksponering af grisen centralnervesystemet (CNS) og efterfølgende hjerne fjernelse. Dette er ikke en let opgave, som grisen CNS er indkapslet af en tyk, benet kranium og rygsøjle. Målet med dette papir og instruktions video er at beskrive, hvordan at blotlægge og fjerne den post mortem svinehjerne og hypofysen i en intakt tilstand, egnet til efterfølgende makroskopisk og histologisk analyse.

Introduction

Translationelle neurovidenskab studier i svin er blevet mere og mere populær i løbet af de sidste to årtier. Den store størrelse af svinehjerne muliggør anvendelse af konventionelle kliniske hjerne kameraer og direkte anvendelse og test af neurokirurgiske procedurer og udstyr fra den humane klinik 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. I de sidste 20 år, svin, især minigrise (fx, Gottingen minigrise), er blevet anvendt til at undersøge neuromodulatory behandlingsmodaliteter, såsom stamcelletransplantation; virusvektor transfektion; og dybhjemestimulation rettet mod Parkinsons sygdom, fedme, depression og Alzheimers sygdom 2, 6,= "xref"> 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. Dette er blevet fulgt af udviklingen af stereotaksiske og kirurgiske metoder til at manipulere smågris CNS 3, 18, 19, 20, 21. De anlagt CNS ændringer er blevet evalueret i levende dyr ved anvendelse brain imaging (PET 10, 13, 22, 24 og MR 23), cystometri 11, 12, 25, ganganalyse17, neurologisk evaluering 9, 17, og obduktion baseret på histologi og stereologiske analyse 14, 15, 17, 26, 27, 31. Imidlertid post mortem analyse kræver eksponering og fjernelse af svinehjerne, som ikke er en let opgave, som en tyk, benet kranium og et fibrøst dural dækker omgiver svinehjerne.

Målet med dette papir og instruktions video er at beskrive, hvordan den postmortem svinehjerne og hypofyse kan eksponeres og fjernes i en intakt tilstand i 15-20 min under anvendelse af ikke-motoriserede kirurgiske redskaber. Den instruktionsvideo og fotografiske illustrationer viser mandlige minigrise (alder: 6 måneder, legemsvægt: 20-25 kg), der anvendes til en anatomisk undersøgelse minigrise hypofysen.

Protocol

Animal anæstesi og euthanesia blev udført i overensstemmelse med "Principper for laboratoriedyr pleje" (NIH publikation nr 86-23, revideret 1985) og godkendt af Dansk Råd for Animal Research Ethics. 1. instrumenter Saml de instrumenter, der præsenteres i videoen og opført i tabellen of Materials. 2. Decapitation BEMÆRK: Anæstesi blev induceret ved en intramuskulær injektion af 5 ml af …

Representative Results

At forhindre vævet materiale tørrer ud, anbefales det at opbevare den fjernede hjerne og hypofyse i en krukke fyldt med fiksativ eller isotonisk saltvand umiddelbart efter at der er udført makroskopisk analyse. Vævet materiale kan opbevares i fiksativ i år, mens opbevaring i isotonisk saltopløsning, selv i et køleskab, vil føre til væv henfald med tiden. Den fjernede hypofyse kan også fryses direkte ved nedsænkning …

Discussion

Fleste eksperimentelle neurovidenskab undersøgelser udføres i små dyrearter, såsom mus og rotter, hvor adgang til CNS lettes af en tynd skull- og dural-tykkelse. Men i større forsøgsdyr som grise 1, 4, 8, får 32, og ikke-humane primater, den betydelige tykkelse af disse strukturer nødvendiggør anvendelsen af robuste instrumenter (table af materialer) og ordentlige indgange til kraniet fjernelse …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne anerkender med taknemmelighed den dygtige bistand fra fru Trine W. Mikkelsen, fru Lise M. Fitting, og personalet på Påskehøjgaard. Den danske Sundhedsvidenskabelige Forskningsråd, Lundbeckfonden og Novo Nordisk Fonden støttes økonomisk undersøgelsen.

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