फोकल रेडियोलॉजिकल निषेध के साथ वयस्क Hypothalamic Neurogenesis के कार्यात्मक पूछताछ

Summary

वयस्क जन्म स्तनधारी न्यूरॉन्स के समारोह जांच के एक सक्रिय क्षेत्र बना हुआ है. विकिरण नए न्यूरॉन्स के जन्म को रोकता है. कंप्यूटर टोमोग्राफी निर्देशित फोकल विकिरण (CFIR) का उपयोग करना, विशिष्ट तंत्रिका पूर्वज आबादी का तीन आयामी शारीरिक लक्ष्यीकरण अब वयस्क neurogenesis की कार्यात्मक भूमिका का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

Abstract

वयस्क जन्म न्यूरॉन्स की कार्यात्मक विशेषता एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है. आक्रामक वायरल वितरण या ट्रांसजेनिक जानवरों के माध्यम से वयस्क neurogenesis को बाधित करने के प्रयास में इन अध्ययनों से मुश्किल परिणामों की व्याख्या करना है कि संभावित घालमेल कर दिया है. नई रेडियोलॉजिकल उपकरण एक noninvasively छोटे जानवरों में सही और सटीक संरचनात्मक लक्ष्यीकरण के माध्यम से वयस्क जन्म न्यूरॉन्स के समूहों का चयन के समारोह की जांच करने की अनुमति है, तथापि, उभर रहे हैं. फोकल विकिरण नए न्यूरॉन्स के जन्म और भेदभाव को रोकता है, और विशिष्ट तंत्रिका पूर्वज क्षेत्रों को लक्ष्य करने की अनुमति देता है. वयस्क हाइपोथैलेमस न्यूरोजेनेसिस शारीरिक प्रक्रियाओं के नियमन में खेलता है कि संभावित कार्यात्मक भूमिका रोशन करने के लिए, हम चुनिंदा हाइपोथैलेमस मंझला श्रेष्ठता में वयस्क जन्म न्यूरॉन्स के जन्म को बाधित करने के लिए एक noninvasive फोकल विकिरण तकनीक विकसित की है. हम सी omputer के लिए एक विधि का वर्णन टोमोग्राफी निर्देशितछोटे जानवरों में लक्षित सटीक और सही शारीरिक सक्षम करने के लिए एफ ocal आईआर विकिरण (CFIR) वितरण. CFIR स्थानीयकरण के लिए तीन आयामी बड़ा छवि मार्गदर्शन का उपयोग करता है और विकिरण खुराक का लक्ष्य, nontargeted मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए विकिरण जोखिम को कम करता है, और तेज किरण सीमाओं के साथ conformal खुराक वितरण के लिए अनुमति देता है. इस प्रोटोकॉल एक वयस्क जन्म न्यूरॉन्स के समारोह के बारे में सवाल पूछने के लिए अनुमति देता है, लेकिन यह भी radiobiology, ट्यूमर जीव विज्ञान, और इम्यूनोलॉजी के क्षेत्रों में सवाल क्षेत्रों को खोलता है. इन रेडियोलॉजिकल उपकरण बिस्तर बेंच पर खोजों के अनुवाद की सुविधा होगी.

Introduction

हाल की खोजों वयस्क स्तनधारी मस्तिष्क plasticity की एक उल्लेखनीय डिग्री से गुजरना कर सकते हैं कि प्रदर्शन किया है. वयस्क जन्म न्यूरॉन्स स्तनधारी मस्तिष्क ¹ की विशेष niches में वयस्कता के दौरान उत्पन्न कर रहे हैं. इन वयस्क जन्म न्यूरॉन्स का कार्य क्या है? और तो और अधिक, वे शरीर विज्ञान और व्यवहार में एक भूमिका निभा सकता हूं? इस विषय पर अध्ययन परंपरागत रूप से पार्श्व ventricles और हिप्पोकैम्पस के subgranular क्षेत्र के subventricular क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया है, लेकिन, हाल के अध्ययनों से इस तरह के स्तनधारी हाइपोथेलेमस ² के रूप में अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों में neurogenesis की विशेषता है. Neurogenesis प्रसव के बाद और वयस्क हाइपोथेलेमस ^2-10 में बताया गया है, और इन नवजात hypothalamic न्यूरॉन्स के समारोह जांच के एक सक्रिय क्षेत्र बना हुआ है.

वयस्क जन्म न्यूरॉन्स की कार्यात्मक विशेषता सामान्य में तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है. कल्पना के चयनात्मक अवरोधific तंत्रिका पूर्वज आबादी एक तंत्रिका पूर्वज आबादी ¹¹ के लिए अद्वितीय हैं कि उपलब्ध आणविक मार्कर की कमी के द्वारा सीमित रहता है. इस प्रकार, आनुवंशिक लक्ष्यीकरण के माध्यम से इन तंत्रिका progenitors से वयस्क जन्म न्यूरॉन्स के चयनात्मक विलोपन मुश्किल बना हुआ है. इसी तरह, वयस्क जन्म न्यूरॉन्स को लक्षित करने के वायरल वितरण ऐसे वातावरण ^{में 12} में चोट और सूजन को शुरू करने के रूप में संभावित confounding चर से ग्रस्त है.

नई रेडियोलॉजिकल उपकरण एक इन घालमेल कर दिया दरकिनार और छोटे जानवरों में सही और सटीक संरचनात्मक लक्ष्यीकरण के माध्यम से इन सवालों की जांच करने की अनुमति है, तथापि, उभर रहे हैं. विकिरण नए न्यूरॉन्स के जन्म और भेदभाव को रोकता है, और एक noninvasive विधि तंत्रिका पूर्वज आबादी ^13-15 लक्षित करने के लिए अनुमति देता है. हाल ही में, हम हम (HPZ) ² हाइपोथैलेमस proliferative क्षेत्र में कहा जाता है कि स्तनधारी हाइपोथैलेमस मंझला श्रेष्ठता (इ) के एक कीटाणु क्षेत्र वर्णित </sup>. हम युवा वयस्क मादा चूहों एक उच्च वसा वाले आहार (HFD) दिए गए थे, जब HFD खिलाया चूहों में neurogenesis के स्तर यह मेरे क्षेत्र ² में खिलाया नियंत्रण अपने सामान्य चाउ (नेकां) की तुलना में काफी अधिक थे. हाइपोथैलेमस मेरे अंदर वयस्क neurogenesis चयापचय और वजन को नियंत्रित करता है कि क्या परीक्षण करने के लिए, हम इस प्रक्रिया को बाधित करने की मांग की. मंझला श्रेष्ठता विनियामक हार्मोन जारी कर रहे हैं जिसमें से तीसरे वेंट्रिकल के आधार पर एक छोटे से एकतरफा संरचना है. यह मस्तिष्क क्षेत्र के अन्य शारीरिक कार्यों में फेरबदल के बिना प्रसार और बाद neurogenesis बाधित करने के लिए, हम चुनिंदा हाइपोथैलेमस मंझला श्रेष्ठता ² में नए पैदा हुए वयस्क न्यूरॉन्स के जन्म को बाधित करने के लिए एक noninvasive फोकल विकिरण तकनीक विकसित की है.

समूहों की एक संख्या विहित क्षेत्रों ^14-28 में neurogenesis को दबाने के लिए विकिरण कार्यरत है. हालांकि, पिछले रेडियोलॉजिकल दृष्टिकोण आम तौर पर ofte बड़े क्षेत्रों को निशाना बनाया, या हैn अनजाने भी यह मुश्किल असंदिग्ध रूप से विशिष्ट तंत्रिका पूर्वज आबादी में दोष के साथ मनाया किसी भी व्यवहार दोष संबद्ध करने के लिए कर रही है, न्यूरोजेनेसिस सूचित किया गया है, जहां कई मस्तिष्क क्षेत्रों को निशाना बनाया. अधिक लक्षित विकिरण के लिए क्षमता ^29-36 को लक्षित सटीक संरचनात्मक सक्षम करने के लिए एफ ocal किरण आईआर विकिरण (CFIR) वितरण के साथ ग omputer टोमोग्राफी निर्देशित इमेजिंग कि गठबंधन रेडियोलॉजिकल प्लेटफार्मों द्वारा प्रदान की जाती है. व्यास में 0.5 मिमी के रूप में छोटे रूप में विकिरण बीम विशिष्ट तंत्रिका पूर्वज आबादी ³⁵ लक्षित करने के लिए उपलब्ध हैं. इस पद्धति हमें हाइपोथैलेमस मुझे लक्ष्य और प्रसार को गिरफ्तार करने और छोटे जानवरों में neurogenesis ब्लॉक करने के लिए अनुमति देता है. इन पूर्वज आबादी पर रेडियोलॉजिकल उपचार के बाद, शारीरिक और व्यवहार परीक्षण वयस्क जन्म सेल की क्षमता समारोह रोशन करने के लिए किया जा सकता है. फोकल लक्ष्यीकरण के बाद से हमारे आवेदन के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैपिट्यूटरी ग्रंथि हाइपोथैलेमस मंझला श्रेष्ठता के करीब स्थित है, पीयूषिका के विकिरण हार्मोनल समारोह को प्रभावित और बाद में परिणाम उलझाना सकता है.

न्यूरोजेनेसिस निम्नलिखित विकिरण के दमन के लिए जैविक आधार अभी भी अस्पष्ट बनी हुई है. पिछले विकिरण पढ़ाई बड़े क्षेत्र बीम पर भरोसा किया है, और neurogenesis के दमन एक भड़काऊ प्रतिक्रिया ^{14, 37} के माध्यम से मध्यस्थता है कि यह निष्कर्ष निकाला है. ऐसे में यह यह एक बड़ा भड़काऊ प्रतिक्रिया पैदा नहीं करता है के बाद से अत्यधिक फोकल विकिरण, न्यूरोजेनेसिस दबाने सकता है कि क्या स्पष्ट नहीं है. हालांकि, हिप्पोकैम्पस में क्लासिक तंत्रिकाजन्य क्षेत्र के हमारे समूह द्वारा हाल के अध्ययनों से 10 Gy की एक खुराक के साथ अत्यधिक फोकल विकिरण विकिरण ³⁵ के बाद कम से कम 4 हफ्तों के लिए न्यूरोजेनेसिस को दबा सकते हैं कि प्रदर्शन किया है.

मंझला श्रेष्ठता में वयस्क जन्म hypothalamic न्यूरॉन्स के समारोह में पूछताछ करने के लिए, हम एक सटीक विकिरण डी का उपयोगइ neurogenesis बाधित करने के लिए छोटे व्यास विकिरण बीम के साथ संयोजन में सीटी इमेजिंग देने में सक्षम evice. 360 डिग्री की दूरी पर घूमता है कि एक गैन्ट्री से जुड़ी एक एक्स – रे ट्यूब का उपयोग करना, हम विकिरण उपचार के दौरान एक जानवर विषय के रोटेशन (चित्रा 1) की अनुमति देता है कि एक रोबोट नियंत्रित नमूना चरण के उपयोग के साथ चाप किरण सूक्ष्म विकिरण बीम उद्धार . एक उच्च संकल्प एक्स – रे डिटेक्टर गैन्ट्री क्षैतिज स्थिति ³³ में है जब छवियों को प्राप्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है. इस अध्ययन के लिए, सीटी छवियों 0.20 एमएम की एक isotropic voxel आकार के साथ खंगाला गया. पशु उपचार की स्थिति में है जबकि पर बोर्ड सीटी इमेजिंग एक लक्ष्य की पहचान की अनुमति दी. लक्ष्य हमारे व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रेडियोलॉजिकल मंच के साथ शामिल किया गया था जो सीटी नेविगेशन खुराक की योजना बना सॉफ्टवेयर का उपयोग कर स्थानीयकृत किया गया था. सीटी इमेजिंग द्वारा हमारे रॉय स्थानीयकृत बाद, पशु चार डिग्री है कि रोबोट नमूना मंच द्वारा उचित इलाज स्थिति में ले जाया गया थास्वतंत्रता के रीस (एक्स, वाई, जेड, θ). गैन्ट्री और रोबोट चरण कोण का एक संयोजन के माध्यम से, मुस्कराते हुए पशु को लगभग किसी भी दिशा रिश्तेदार से दिया जा सकता है, और स्तेरेओतक्तिक चाप की तरह उपचार ²⁹ संभव हो रहे हैं. इन और अन्य सभी इमेजिंग अध्ययन के लिए, चूहों आंदोलन सीमित है, जबकि संवेदनाहारी isoflurane गैस के वितरण की अनुमति देता है कि एक स्थिरीकरण डिवाइस में तैनात थे. स्थिरीकरण बिस्तर सीटी संगत है, और रोबोट नमूना चरण ³⁴ को जोड़ता है.

हम CFIR अनुसंधान क्षेत्रों की संख्या में वैचारिक प्रगति प्रदान करेगा कि उम्मीद है. हम इस तकनीक के सिद्धांत का सबूत के रूप में hypothalamic मंझला श्रेष्ठता की रेडियोलॉजिकल लक्ष्यीकरण का उपयोग हालांकि, CFIR सिद्धांत में किसी भी छोटे मॉडल जीव के शरीर के किसी भी क्षेत्र को लक्षित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. न्यूरो में, उदाहरण के लिए, हम इस तकनीक exis के लिए सुझाव दिया गया है कि सक्रिय रूप से proliferative पूर्वज आबादी के समारोह का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कल्पनाऐसे क्षेत्र postrema ^{38, 39,} subfornical अंग ^40, और पिट्यूटरी ⁴¹ के रूप में अन्य circumventricular अंगों में टी. वयस्क neurogenesis के कार्यात्मक भूमिका के बारे में और व्यवहार में एक कारण भूमिका की पहचान लम्बे समय से विवादों में भी अब बेहतर संबोधित किया जा सकता है. Songbird में, इस तकनीक चुनिंदा विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में neurogenesis बाधित करने की क्षमता के द्वारा बाधा उत्पन्न किया गया है जो birdsong ^42, मजबूत और मौसमी व्यवहार को बनाए रखने में वयस्क neurogenesis की भूमिका का पता हो सकता है. इस मजबूत व्यवहार मॉडल को समझना अन्य यौन dimorphic व्यवहार को विनियमित करने में वयस्क neurogenesis की भूमिका में नए अंतर्दृष्टि डाला सकता है. वैकल्पिक रूप से, चयापचय क्षेत्र में, CFIR hepatocyte प्रसार की भूमिका और चयापचय और ऊर्जा संतुलन में अपनी भूमिका के पहलुओं का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. कई शोध विषयों में वैचारिक अग्रिम के लिए संभावना है कि इस तकनीक के लागू होने से बढ़ाया है.

<p classइस पत्र में = "jove_content">, हम एक केंद्र विकिरण बीम का लक्ष्य सटीक संरचनात्मक के लिए CFIR की क्षमताओं का प्रदर्शन. हम शुरू में हमारे अध्ययन के लिए इस छोटे जानवर विकिरण अनुसंधान मंच (SARRP) विकसित किया है, अन्य इसी तरह के उपकरणों अब इसी तरह की सीटी निर्देशित फोकल विकिरण ^{43, 44} को पूरा कर सकते हैं कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं. इसलिए, हम नहीं बल्कि SARRP के लिए विशिष्ट उन लोगों की तुलना सभी अनुसंधान प्लेटफार्मों के लिए आवश्यक कदम के साथ इस CFIR प्रोटोकॉल सामान्य. neurogenesis बाधित करने के लिए पिछले रेडियोलॉजिकल दृष्टिकोण से अधिक CFIR के फायदे के लिए इस तकनीक का स्थानीयकरण के लिए तीन आयामी बड़ा छवि मार्गदर्शन देता है और खुराक का लक्ष्य, conformal खुराक nontargeted मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए जोखिम को कम करता है, और उच्च परिशुद्धता किरण ज्यामिति के साथ conformal खुराक वितरण के लिए अनुमति देता है कि कर रहे हैं तेज किरण सीमाओं. हम एक विशिष्ट संरचनात्मक क्षेत्र को खुराक लक्षित करने के लिए सीटी निर्देशित इमेजिंग का उपयोग करने के लिए रूपरेखा, और ऐसा करने पर, कैसे विकिरण कल्पना करने के लिएγ-H2AX, डीएनए डबल असहाय टूट ^{35, 45-48} के एक मार्कर के लिए immunohistochemical धुंधला का उपयोग सीधे ऊतक में वितरण खुराक. तंत्रिकाजन्य आलों के चुनिंदा विकिरण के लिए इस दृष्टिकोण का उपयोग शरीर विज्ञान और रोग पर नई वयस्क जन्म न्यूरॉन्स की कार्यात्मक भूमिका का खुलासा करने में महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है.

Protocol

पशु उपयोग मानक की देखभाल और उपयोग प्रोटोकॉल के लिए संस्थागत पशु की देखभाल और उपयोग समिति से अनुमोदन प्राप्त करते हैं. पहले से (चित्रा 2) 2 के रूप में वर्णित मौजूदा प्रोटोकॉल, 5.5-10 सप्ता?…

Representative Results

आकलन सीटी निर्देशित लक्ष्य निर्धारण और शुद्धता प्रणाली के यांत्रिक अंशांकन विभिन्न कोणों से मुस्कराते हुए सभी एक ही बात में एक दूसरे को काटना है कि सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है. कैलि…

Discussion

सीटी निर्देशित फोकल विकिरण (CFIR) सीटी मार्गदर्शन ^{में 32} का उपयोग करते हुए रोबोट नियंत्रण के तहत छोटे जानवरों में लक्ष्य के लिए विकिरण क्षेत्रों देने में सक्षम एक उपन्यास और पूरी प्रणाली दृष्टिकोण है….

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments
SARRP research platform	Xstrahl	RS225A	http://www.xstrahl.com/xstrahlrs225.htm
SARRP irradiation bunker	Xstrahl		Optional, but radiation exposure should be contained with alternative lead shielding
GAF chromic film	IPS	GAFchromic ETB2
Mouse phantom	Gammex	457	Purchase 0.5 cm x 30 cm x 30 cm solid water slabs from Gammex and cut to desired size.
Mouse anti-phospho-histone H2AX Ser139 antibody	Millipore, Inc.	05-636	clone JBW301
High-fat rodent diet	Research Diets	D12492i	60% of the calories as fat, food should be irradiated
Isoflurane	Baxter Healthcare Corporation	10019-360-40
0.01 M Sodium citrate	Fisher Scientific		1.471 g of sodium citrate dissolved in 500 ml deionized water
Superfrost Plus slides	Fisher Scientific	12-550-15
DAPI	Fisher Scientific		nuclear counterstain
Mounting medium	Fisher Scientific		Vectashield or Gelvatol is preferred