圧電の手術は人間の口腔、歯科の手術での改善につながっています。マウスの骨手術用圧電手術を最適化するためにプロトコルを開発しました。
多光子顕微鏡は、広く生体内神経細胞イメージングに適応されています。繰り返されるイメージングには、頭蓋ウィンドウの注入または頭蓋骨の繰り返される間伐が必要です。頭蓋のウィンドウは通常手術高速回転ドリルで、多くの調査官はドリルが繊細な硬膜や血管を損傷するを防ぐために挑戦それを見つけます。広範なトレーニングと実践の基礎となる組織を損傷することがなく骨を削除する必要が、こうして頭蓋窓手術を困難、時間のかかる、でき、組織の損傷を作り出します。歯科口腔外科に使われた、圧電外科は軟組織を傷つけることがなく骨を削除する超音波振動を利用しています。我々 は多光子イメージングに備えてマウス頭蓋窓手術を改善するために圧電手術を適用する手法を開発しました。私たちのラボ内で比較検索メソッドは手術時間が短くて済み、ロータリー ドリルで頭蓋ウィンドウ手術よりも硬膜出血による合併症の低い平均速度を持っています。
生体内イメージング多光子の齧歯動物を準備する骨手術神経科学における重要な手法となっています。除去や骨の菲薄化多光子顕微鏡と光学イメージングのマウスを準備する必要は。この手術は、基になる硬1を公開する骨の領域を完全に削除または硬2から完全に削除することがなく骨部を薄くことによって実行されます。薄い頭蓋骨アプローチ以下の炎症やミクログリア3の活性化が生じるが、イメージング、イメージング ウィンドウ サイズが小さく (200 μ m) と骨再生2 による視覚化されるウィンドウ中に限られた期間の浅い深さを提供しています.洗練された、強化ガラス窓 (ポート) の画像サイズと撮影実施期間を増やすことができますが4を実行することは困難です。
両方の現在の手術は、薄いまたは頭蓋骨から骨を削除する高速回転ドリルを使用します。薄い頭蓋骨テクニックもドリル後骨2をさらに薄くメスを使用します。ポート技術には、高速研磨砥粒4の余分なステップが必要です。高速回転ドリル、空気動力タービンまたは電気モーターにより、高速で回転するドリル ビット。ロータリー ドリル セクション骨と軟組織、硬膜の損傷・血管の基になるリスクがあります。手術の成功は、外科医のスキルに依存します。これらのウィンドウは、機械的手術方法準備、加え光学さまざまなソリューションと頭蓋骨をクリアする化学方法は先進5,6をしてきた。しかし、圧電手術は手術の機械的方法で、私たちの比較ここでは他の機械的方法に制限されます。
圧電手術デバイスせず有害な基になる軟部組織石灰化骨を分解する超音波振動を利用し、従って急速に骨の大面積を薄くためのアプローチを提供します。圧電手術用ハンドピースでタービンがセラミック ディスクのスタックによって置き換えられ、電流を適用すると、ディスクは、超音波の周波数で振動します。振動は、骨なし有害な軟部組織の種類を差別しないロータリー ドリル優位をカットするコーティングされたヒントをダイヤモンドにハンドピースによって転送されます。圧電手術もともと人間用トマソ ・ Vercellotti が開発、歯科で改善と頭蓋顔面外科7,8,9,10,11 につながっています。.
圧電手術はラットで、骨切り術を作成する使用されています、磁気共鳴イメージング (MRI) と従来の歯科用ドリル12よりも大幅に少ないダメージを生成する組織によって発見されました。著者らは、柔らかい脳組織に近い骨を除去するため圧電手術が無事締結。マウス、しかしより簡単に破損している薄い硬、その研究は、慢性の光イメージングのため windows を準備しなかった。慢性的なイメージングは、血管が損傷していないことウィンドウの下血栓を形成しないことが必要です。硬膜への損傷は、クラウド、ウィンドウを引き起こす炎症につながるし、反応性アストロ サイトの増殖およびミクログリアをアクティブにします。ここで我々 は薄い頭蓋骨と完全骨除去頭蓋 windows 慢性的な撮影に適したを作成するマウス用圧電手術を最適化してきました。高速回転ドリルで頭蓋ウィンドウ手術にこの手技を比較しました。
手術は、手術のヒントを変更することによって変更できます。ハンドピースに適用できるヒントのさまざまなサイズがあります。サイズや先端の形状を変更すると、異なるサイズの窓になります。4 mm のヒントに加えまた 3 mm のチップを試みたし、それがまたうまく発見します。氷で灌漑があっても我々 は基になる硬膜の損傷につながる骨のあまりにも多くの熱を引き起こしていると書き込み集中して振動のため (約 0.25 mm) が狭すぎるがヒントで良い結果を得ることができませんでした冷たいアプライド。我々 は、使用可能なその他のヒントの多くを試していないと見込んで他の実験室はこれらの異なるヒント用の新しいアプリケーションを見つけることができます。手術は比較的簡単ですが、我々 は、トラブルシューティングが必要な場合がありますいくつかの手順があることがわかった。最初は、振動のヒントが多くの可視性を減少し、手術の手順を薄く骨の間に骨の深さを見極めの難しさを生成アプライドで乱流を生成することです。勧めしますどのように薄い骨は、骨の側に滅菌綿棒を用いて頭蓋骨とウィンドウを乾燥するための休憩を取るにも困難である場合。面の粗さは薄い骨にダメージを与えるので、ウィンドウに直接綿棒は適用されません。深さをチェックした後に、アプライドを再適用して手術を続行します。また、硬膜への損傷がある場合先端にあまりにも多くの圧力を置く外科医により通常は分かった。ハンドピースをやさしく保持、以下の力を適用するこの問題は解決可能性があります。外科医は、骨の先端を削りは強制的に、それは薄い骨でブレークが発生し、頭蓋骨に損傷を与えます。最後に、骨が薄くなる、基になる硬膜が傷ついた表示される場合、余分な熱振動による可能性が高いです。アプライドの流れの速度を増加すると、この問題が修正されます。
フェーザの主な制限は、ハンドピースは、骨を薄くことができますが、硬膜上すべての骨を削除することはできません。ダイヤモンド コーティング先端が小さな大まかなバンプ。頭蓋骨を薄くために必要な摩擦は、硬膜をすり減らすし、すべての骨を削除するために使用された場合の出血を引き起こします。したがって、残りの薄層を削除する鉗子の使用が必要です。薄い頭蓋骨を介してイメージングが少なく炎症やミクログリアやアストロ サイトの以下の増殖を生成するかどうかの進行中の討論がある、いくつかのケースで骨の残りを持たないウィンドウは、最寄りなどイメージング3 の大きい深さを提供するために.
我々 は、マウスにおける多光子イメージングに備えて頭蓋ウィンドウを最適化しています。フェーザは、我々 の知識の光イメージングのための齧歯動物の頭蓋ウィンドウ手術する圧電技術の最初のアプリケーションです。我々 は、マウスにおける圧電手術の使用が増加速度の利点を共有し、また人間7,8,9,10で報告された副作用を減少を見つけます。圧電デバイスの使用率より速く手術 (図 2 a) と高速回転と比較した場合の出血の有害事象の少ないドリル (図 2 b)。我々 もわかった、我々 のラボでフェーザ頭蓋ウィンドウ手術に対する従来のアプローチよりも学ぶ術が容易に。速度の利点と使いやすさは、外科医の間で異なる可能性があります。薄い頭蓋骨準備通常フェーザ アプローチは通常、10 分未満を必要としながらドリルとメス2骨を薄くための 30-45 分が必要です。
フェーザを使用した windows のレイヤー 4 エンコード カルシウム インジケーター JRGECO1a 関連付けられているアデノ ウイルス発現されていた大脳皮質の錐体細胞内カルシウム過渡現象をイメージできる我々 がわかった (AAV9。Syn.NES-jRGECO1a.WPRE.SV40). 我々 も見つかりましたが、ロータリー ドリルやメスを使用した薄い頭蓋骨の頭蓋ウィンドウと比較して、イメージングの領域だったロータリー ドリルを使用した薄い頭蓋骨が大きく、メスは 20 μ m 径2 の画像ウィンドウ.フェーザ、我々 はすぐに 3-4 mm の領域を薄くことができた。これは、ポート4報告画像ウィンドウに似ています。この大きなウィンドウは、歯科用ドリルやメスを使用した薄い頭蓋骨 windows に対して報告された急速なイメージングの利点を保持します。また、フェーザと準備ウィンドウをすぐにイメージできる、伝統的な骨削除ではなくウィンドウが最適な状態にすることができます前に癒すために週を必要があります windows イメージ3。
この手法は、硬膜の下で血管内の血流の変化を研究に適用できます。重要な今後の研究は、頭蓋の] ウィンドウの他の方法をフェーザの免疫反応性を比較することです。これはフェーザが既存のメソッドと比較して少ないの炎症を生成するかどうかを決定することが重要でしょう。我々 は、ここに記載されて圧電手技の頭蓋 windows を実行し、多光子イメージングで生体を正常に使用するより多くのラボになります願っています。
ハンドピースが最低の設定で振動に設定されていると、アプライドは一定の割合で灌漑されていることを確認します。冷たいアプライドを常に適用する必要がありますまたはそれはヒートアップし、硬膜に損傷を与えます。アプライド必要があります少なくとも 1 mL/分注射器を使用するか、手で開催されたまたはハンドピースで組み込みの灌漑ではなく、蠕動ポンプ使用率で適用することがわかった。ハンドピースの灌漑システムはアプライドをあまりにも強制的に排出し、視認性が大きく落ちるがあまりにも多くの乱流を生成します。
The authors have nothing to disclose.
タマラ Zeric 本多光子画像の入手を助けるため。脳と行動、パーキンソン病と JPB 基礎、R01 MH108186 と R01 DA07418 でサポートされています。F31 交わり 1F31MH109293 01A1 S c
Piezosurgery Touch | Mectron | 5120062 | Piezosurgery GP model has the same settings |
Circular 4mm flat piezosurgery tip (# OT11) | Mectron | 3370019 | This tip was ideal for our windows but there are many other tips of different sizes availible. |
Stereotax frame | Kopf | 963 | |
Mouse adaptor | Stoelting | 51625 | |
Peristaltic pump for irrigation. | Cole-Parmer | WU-77120-42 | Makes it easier to irrigate and frees up the other hand to provide stability. Irrigation can be performed by hand with a syringe if necessary. |
Avitene Ultrafoam | Bard-Davol | 1050020 | Important to stop any minor bleeding instantly. |
C&B Metabond | Parkell | S380 | Much stronger than regular dental acrylic. |
Artificial cerebro spinal fluid (ACSF) | Tocris | 3525 | |
Puralube opthalmic ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
Mice | JAX | 664 | |
Prairie Ultima multiphoton microscope | Olympus | ||
JRGECO1a (AAV9.Syn.NES-jRGECO1a.WPRE.SV40) | UPENN Vector Core |