Circumscribed capsulaire Infarctus Modélisation en utilisant une technique photothrombotique
Summary
Ce manuscrit décrit une technique de modélisation des capsulaire Infarctus. Ici, nous avons utilisé une technique photothrombotique modifiée avec une faible intensité de la lumière après la cartographie cible pré-opératoire. En utilisant cette technique, nous avons créé un modèle d'infarctus capsulaire circonscrites avec déficience motrice persistante.
Abstract
Recent increase in the prevalence rate of white matter stroke demands specific research in the field. However, the lack of a pertinent animal model for white matter stroke has hampered research investigations. Here, we describe a novel method for creating a circumscribed capsular infarct that minimizes damage to neighboring gray matter structures. We used pre-surgery neural tracing with adeno-associated virus-green fluorescent protein (AAV-GFP) to identify somatotopic organization of the forelimb area within the internal capsule. The adjustment of light intensity based on different optical properties of gray and white matter contributes to selective destruction of white matter with relative preservation of gray matter. Accurate positioning of optical-neural interface enables destruction of entire forelimb area in the internal capsule, which leads to a marked and persistent motor deficit. Thus, this technique produces highly replicable capsular infarct lesions with a persistent motor deficit. The model will be helpful not only to study white matter stroke (WMS) at the behavioral, circuit, and cellular levels, but also to assess its usefulness for development of new therapeutic and rehabilitative interventions.
Introduction
Jusqu'à récemment, la «matière grise course (GMS) modèles" ont été exclusivement utilisé pour comprendre la physiopathologie de l'AVC et de guider le développement de nouveaux traitements. Cependant, il y a eu une augmentation de la prévalence de l' AVC qui affecte la substance blanche sous – corticale chez les personnes âgées, ce qui constitue 15-25% de tous les AVC 1,2. De nombreuses études ont été menées en ce qui concerne la course en utilisant des modèles GMS, alors qu'il ya peu d'études qui ont utilisé la substance blanche course (WMS) modèles. La matière blanche chez les rongeurs est sensiblement inférieure à la matière blanche chez les êtres humains ou de primates. Par conséquent, il est plus difficile d'accéder sélectivement et détruire les régions cibles dans la substance blanche 3. En outre, aucun des outils efficaces ont été développés à ce jour pour détruire sélectivement l'étendue prévue de la substance blanche ciblée. Par conséquent, il y a eu absence de modèles appropriés pour l'étude des accidents vasculaires cérébraux de la substance blanche.
st animalmodèles Roke sont souvent utilisés pour surveiller la progression de la récupération motrice pour le développement de nouvelles méthodes de réadaptation et thérapeutiques. Il est idéal d'utiliser un modèle animal qui présente un déficit neurologique à long terme concordant avec les altérations anatomiques démontrées dans la course humaine 4,5. À cet égard, la récupération rapide du déficit moteur et une large participation du cerveau après lesioning de l'infarctus peut ne pas être réaliste dans la poursuite de la recherche sur les AVC. Les modèles précédents capsulaire de l' infarctus ont été faites par l'occlusion de l'artère carotide interne des artères ou de la choroïde antérieure et la diffusion de l' endothéline-1 (ET-1) dans la capsule interne 9/6. Néanmoins, l'occlusion de l'artère nécessite une dissection minutieuse des artères, mais il produit une vaste zone de lésion vasculaire, y compris la capsule interne, sans déficits comportementaux persistants. De plus, ET-1 n'a pas été diffusée à détruire complètement le bras postérieur de la capsule interne, et donc moins marqué ou persistant behdéficit avioral.
Un modèle d'infarctus photothrombotique a été largement utilisé pour générer divers types de lésions d' infarctus du cortex et des structures sous – corticales 10. La technique comprend l' administration par voie intraveineuse suivie d' une illumination focale, ce qui conduit à l' agrégation plaquettaire dans les petits vaisseaux et la génération des lésions d'infarctus 10. Technique photothrombotique a été largement utilisé pour créer des lésions GMS, alors qu'il a rarement été utilisé pour générer des lésions WMS 5,11. Pour cette technique, une combinaison de colorant rose bengale et l'irradiation de lumière a été démontrée comme étant utiles dans la destruction de la structure cible, ce qui provoque des déficits fonctionnels correspondants. L'élément clé de la technique photothrombotique est une irradiation lumineuse, car elle détermine la taille des lésions d'infarctus. les résultats d'irradiation de lumière dans des effets différents sur la matière grise et la substance blanche, parce que la diffusion de la lumière est plus de 4 fois plus élevé dans ma blanchetter par rapport à la matière grise 12; Par conséquent, si l'intensité lumineuse a une suffisamment faible irradiance (<1,140 mW / mm 2), on peut limiter l'extension à laquelle la lésion photothrombotique affecte la mesure dans la substance blanche (ie., Capsule interne). Par exemple, la lumière de l'énergie plus élevée peut provoquer des infarctus à la fois la matière grise et blanche, mais la lumière de faible énergie peut induire photothrombosis seulement dans la substance blanche. En outre, la pénétration de l'énergie lumineuse a été très limitée. Environ 99% de l' énergie lumineuse a été perdu au – delà de 1 mm de la source de lumière 13. Par conséquent, il est prévu que vise précisément, la lumière d'énergie inférieure photothrombosis induit seulement dans la substance blanche avec un empiètement minimal de la matière grise voisine.
Ici, nous décrivons un nouveau procédé pour créer des lésions d'infarctus dans la zone de la patte avant de la capsule interne chez les rongeurs. Nous décrivons la méthode d'identification de la zone de forelimb dans le ca internepsule, la technologie de l'irradiation de lumière, y compris l'ajustement et la fourniture de la lumière, et la génération d'une lésion d'infarctus. Nous décrivons également les tests comportementaux utilisés pour évaluer l'exhaustivité de la modélisation capsulaire.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le modèle de l'infarctus capsulaire présenté ici démontre une lésion ciblée avec marquée et persistante déficience motrice en fonction de forelimb. Les modèles précédents de l' AVC capsulaire subcortical ont démontré un degré insuffisant de déficience motrice et un 6,8,9 rapide de processus de récupération. En ce sens, ce modèle ressemble aux cas cliniques capsulaire d'infarctus qui présentent une déficience fonctionnelle à long terme.
Les étapes …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par une subvention de l'Institut de médecine System Engineering (IMSE) & GIST-Caltech Fonds de collaboration (de K04592) à partir de GIST et par le Programme de recherche en sciences de base par le biais de la NRF de Corée, financé par le Ministère des sciences, TIC et de la planification future (NRF-2013R1A2A2A01067890).
Materials
| DC Temperature controller | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC. | ATC1000 | |
| Digital Stereotaxic Instruments | STOELTING CO. | 51900 | |
| Electrical Stimulator | CyberMedic Corp. | EMGFES 2000 | |
| Epoxy | Precision Fiber Products, INC. | PFP-353ND1 | Mix Ratio: 10(A):1(B-hardener) by weight Curing Schedule: 1 minute @150°C 2~5 minutes @120°C 5~10 minutes @100°C 15~30 minutes @80°C |
| Fiber Optic Scribe | THORLABS, INC | S90R | |
| Fiber patch cable | KOREA OPTRON Corp. | Outer diameter: 3mm Ø200 µm 0.39 NA FC/PC-FC/PC 1 m |
|
| Laser Power Supply | CHANGCHUN NEW INDUSTRIES OPTOELECTRONICS TECH. CO., LTD. | MGL-FN-532nm-200mW-14010196 | |
| Crimp ring | DAWOOTECH CO.,LTD. | Length: 19mm Inner diameter: 3mm Outer diameter: 3.8mm Material: SUS |
|
| Micro4-micro syringe pump controller | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | 95100 | |
| Optical Power Meter | THOLABS, INC | PM100D | |
| Paraformaldehyde | SIGMA-ALDRICH CO. LLC. | P6148 | |
| Diamond lapping (polishing) sheet | THORLABS, INC | LF3D | Grit : 3 µm |
| Diamond lapping (polishing) sheet | THORLABS, INC | LF6D | Grit : 6 µm |
| Rose Bengal | SIGMA-ALDRICH CO. LLC. | 330000 | |
| Needle for spinal anesthesia with pencil point tip (Spinal needle) | B.BRAUN MELSUNGEN AG | 4502027 | Size: 27G Length: 88mm Needle: 0.40mm |
| Waterproof sandpaper | DEERFOS CO.,LTD | CC261 | Grit : 1000 µm |
| Nanofil 10uL syringe | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | NANOFIL | |
| Nanofil 33G BVLD needle | WORLD PRECISION INSTRUMENTS, INC | NF33BV-2 | |
| AAV-GFP virus | UNC Vector Core | AAV2-CamKIIa-eYFP | 2×10^12 virus molecules/ml |
| Anti-Green Fluorescent Protein, Rabbit IgG fraction | Life Technologies, INC | A11122 | primary antibody (1:200) |
| Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Life Technologies, INC | A11034 | secondary antibody (1:500) |
| Ceftezole | GUJU Pharma CO.,LTD. | A27802741 | 0.1%, 1ml |
| Lidocain hydrochloride injection | JEIL PHARMACEUTICAL CO.,LTD. | A04900271 | 2%, 1ml |
| Hand Piece Drill | Seshin | ||
| Digital optical power and energy meter | THORLABS, INC | PM100D | |
| Ketopropen | UNIBIOTech |
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