Капсульная Инфаркт Описанный Моделирование Использование фототромботического Техника
Summary
Эта рукопись описывает технику моделирования капсулярной инфарктом. Здесь мы использовали модифицированный метод фототромботического с низкой интенсивностью света после предоперационного цель отображения. Используя эту технику, мы создали вписанного капсульный инфаркта модель с постоянной двигательными нарушениями.
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
До недавнего времени "серого инсульта вещества (GMS) модели" не были использованы исключительно для понимания патофизиологии инсульта и направлять развитие новых методов лечения. Тем не менее, наблюдается увеличение распространенности инсульта , который влияет на подкорковые белого вещества у пожилых лиц, что составляет 15 – 25% всех инсультов 1,2. Многочисленные исследования были проведены в отношении инсульта с использованием модели GMS, в то время как есть несколько исследований, которые использовали белого вещества инсульт модели (WMS). Белое вещество на грызунах, существенно меньше, чем белого вещества в организме человека или приматы. Следовательно, более трудно селективно получать доступ и уничтожить целевых регионов в белом веществе 3. Кроме того, никакие эффективные инструменты не были разработаны на сегодняшний день, чтобы избирательно уничтожить запланированную степень целевого белого вещества. Таким образом, наблюдается отсутствие соответствующих моделей для изучения белого вещества штрихов.
ул животныхМодели Roke часто используются для контроля за ходом восстановления двигателя для разработки новых реабилитационных и терапевтических методов. Он идеально подходит для использования животной модели , которая демонстрирует долгосрочный неврологический дефицит , совпадающий с анатомическими изменениями в человеческом демонстрируемых инсульта 4,5. В связи с этим, быстрое восстановление дефицита моторного и широкого участия мозга следующих инфарктом lesioning не может быть реалистичным в погоне за исследования инсульта. Предыдущие модели капсульного инфаркта были сделаны окклюзии внутренней сонной артерии или передней хориоидеи артерий и диффузии эндотелина-1 (ET-1) во внутреннюю капсулу 6-9. Тем не менее, окклюзия артерии требует тщательного рассечение артерий, но он производит широкую область инфарктом поражения, в том числе внутренней капсулы, без стойких нарушений поведения. Кроме того, ET-1 не был рассеянным, чтобы полностью уничтожить заднюю конечность внутренней капсулы, и, следовательно, менее заметными или сохраняющихся Бехavioral дефицит.
Фототромботического модель миокарда широко используется для создания различных типов инфарктом поражений в коре и подкорковых структурах 10. Методика включает внутривенное введение с последующей фокальной освещения, что приводит к агрегации тромбоцитов в мелких сосудах и генерации инфарктом поражений 10. Фототромботического техника широко используется для создания GMS поражений, в то время как он редко используется для генерации WMS поражений 5,11. Для реализации этой технологии, сочетание красителя и облучения светом бенгалроза было продемонстрировано, чтобы быть полезным в разрушении структуры мишени, в результате чего соответствующие функционального дефицита. Ключевым элементом фототромботического метода является облучение светом, так как он определяет размер инфарктом поражений. Легкие облучение приводит к различным эффектам на сером веществе и белого вещества, так как рассеяние света более чем в 4 раза выше, в белом маолучатель по сравнению с серым веществом 12; Соответственно, если интенсивность света имеет достаточно низкую интенсивность излучения (<1,140 мВт / мм 2), можно ограничить расширение , к которому фототромботического поражения влияют на степень белого вещества (то есть., Внутренней капсулы). Например, свет более высокой энергии может вызывать инфаркты в сером и белом веществе, но более низкая энергия света может вызвать фототромбоза только в белом веществе. Кроме того, проникновение световой энергии было весьма ограниченным. Приблизительно 99% световой энергии было потеряно за 1 мм от источника света 13. Таким образом, ожидается, что точно ориентированы, более низкая энергия света вызывает фототромбоза только в белом веществе с минимальным вторжением соседнего серого вещества.
Здесь мы описываем новый метод для создания очагов инфаркта в области передней конечности внутренней капсулы у грызунов. Мы опишем метод идентификации области передних конечностей во внутреннем саpsule, технология светового облучения, в том числе корректировки и доставки света, и генерации поражения инфарктом. Мы также описывают поведенческие тестирование используется для оценки полноты моделирования капсульного.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модель инфаркте капсульного представленная здесь демонстрирует целенаправленную поражения с выраженным и стойким нарушением двигательной функции в передней конечности. Предыдущие модели подкорковых инсульта капсульного показали недостаточную степень двигательных нарушений и бы?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом Института медицинской системотехники (Imse) и GIST-Caltech Collaborative фонда (K04592) из GIST и Программой развития фундаментальной науки исследований на основе СИФ Корея, финансируемого Министерством науки, ИКТ и будущего планирования (СРН-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 |
References
- Roger, V. L., et al. Heart disease and stroke statistics–2012 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 125, 2-220 (2012).
- Debette, S., Markus, H. S. The clinical importance of white matter hyperintensities on brain magnetic resonance imaging: systematic review and meta-analysis. Bmj. 341, 3666 (2010).
- Zhang, K., Sejnowski, T. A universal scaling law between gray matter and white matter of cerebral cortex. PNAS. 97 (10), 5621-5626 (2000).
- Kim, H. S., et al. A rat model of photothrombotic capsular infarct with a marked motor deficit: a behavioral, histologic, and microPET study. J Cereb Blood Flow Metab. 34 (4), 683-689 (2014).
- Kleim, J. A., Boychuk, J. A., Adkins, D. L. Rat models of upper extremity impairment in stroke. ILAR J. 48 (4), 374-384 (2007).
- Frost, S. B., Barbay, S., Mumert, M. L., Stowe, A. M., Nudo, R. J. An animal model of capsular infarct: endothelin-1 injections in the rat. Behav Brain Res. 169 (2), 206-211 (2006).
- He, Z., et al. Definition of the anterior choroidal artery territory in rats using intraluminal occluding technique. J Neurol Sci. 182 (1), 16-28 (2000).
- Tanaka, Y., et al. Experimental model of lacunar infarction in the gyrencephalic brain of the miniature pig: neurological assessment and histological, immunohistochemical, and physiological evaluation of dynamic corticospinal tract deformation. Stroke. 39 (1), 205-212 (2008).
- Shibata, M., Ohtani, R., Ihara, M., Tomimoto, H. White matter lesions and glial activation in a novel mouse model of chronic cerebral hypoperfusion. Stroke. 35 (11), 2598-2603 (2004).
- Watson, B. D., Dietrich, W. D., Busto, R., Wachtel, M. S., Ginsberg, M. D. Induction of reproducible brain infarction by photochemically initiated thrombosis. Ann Neurol. 17 (5), 497-504 (1985).
- Kuroiwa, T., et al. Development of a rat model of photothrombotic ischemia and infarction within the caudoputamen. Stroke. 40 (1), 248-253 (2009).
- Bashkatov, A. N., Genina, E. A., Tuchin, V. V. . Handbook of biomedical optics. 83, (2011).
- Yizhar, O., Fenno, L. E., Davidson, T. J., Mogri, M., Deisseroth, K. Optogenetics in neural systems. Neuron. 71 (1), 9-34 (2011).
- Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale. J Vis Exp. (18), e816 (2008).
- Jang, S. H. A review of corticospinal tract location at corona radiata and posterior limb of the internal capsule in human brain. NeuroRehabilitation. 24 (3), 279-283 (2009).
- Kim, D., et al. Longitudinal changes in resting-state brain activity in a capsular infarct model. J Cereb Blood Flow Metab. 35 (1), 11-119 (2014).
- Blasi, F., Whalen, M. J., Ayata, C. Lasting pure-motor deficits after focal posterior internal capsule white-matter infarcts in rats. J Cereb Blood Flow Metab. 35 (6), 977-984 (2015).
- Metz, G. A., Antonow-Schlorke, I., Witte, O. W. Motor improvements after focal cortical ischemia in adult rats are mediated by compensatory mechanisms. Behavioural brain research. 162 (1), 71-82 (2005).
