Piëzo-elektrische chirurgie heeft geleid tot verbeteringen in de menselijke maxillofacial en tandheelkundige chirurgie. We hebben een protocol voor het optimaliseren van de piëzo-elektrische chirurgie voor Cranio venster chirurgie in muizen ontwikkeld.
Multiphoton microscopie is sterk aangepast voor beeldvorming neuronen in vivo. Herhaalde imaging vereist implantatie van een Cranio-venster of herhaalde verdunning van de schedel. Cranial venster chirurgie wordt meestal uitgevoerd met een hoge snelheid roterende boor, en veel onderzoekers vinden het uitdagend om te voorkomen dat de boor de delicate dura en bloedvaten beschadigen. Uitgebreide training en praktijk dient te verwijderen van het bot zonder schade aan onderliggende weefsel en aldus craniale venster chirurgie kan worden moeilijk, tijdrovend en produceren van weefselbeschadiging. Piëzo-elektrische chirurgie, die uitgebreid voor maxillofacial en tandheelkundige chirurgie gebruikt wordt, maakt gebruik van ultrasone trillingen om bot te verwijderen zonder beschadiging van de zachte weefsels. We hebben een methode toe te passen piëzo-elektrische chirurgie ter verbetering van de craniale venster chirurgie in muizen in voorbereiding voor multiphoton imaging ontwikkeld. Vergelijkingen binnen ons lab vinden dat de methode minder tijd chirurgie vergt en heeft een lagere gemiddelde tarief van complicaties als gevolg van dural bloeden dan craniale venster chirurgie met een roterende boor.
Cranial venster chirurgie voor te bereiden op knaagdieren multiphoton in vivo imaging is uitgegroeid tot een belangrijke techniek in de neurowetenschappen. De verwijdering of het dunner worden van bot is nodig om te bereiden de muis voor optische beeldvorming met een multiphoton Microscoop. Deze operatie wordt uitgevoerd door het volledig verwijderen van een gebied van bot te ontmaskeren van de onderliggende dura1of door het uitdunnen van een regio van bot zonder volledige verwijdering van de dura-2. De dunne schedel aanpak kan leiden tot minder ontstekingen en activering van microglia3 maar biedt een ondiepe scherptediepte imaging, beeldvorming venster kleiner (200 µm) en een beperkte periode gedurende welke het venster kan worden beeld als gevolg van bot hergroei2 . De toevoeging van een gepolijst en versterkte glazen venster (poorten) kan de grootte van de beeldvorming en imaging periode verhogen maar is moeilijk uit te voeren van4.
Beide huidige operaties gebruik een hoge snelheid roterende boor te dun of te verwijderen van het bot van de schedel. De dunne schedel techniek gebruikt ook een scalpel na de boor verder de bot2dunne. De poorten-techniek verlangt de extra stap van hoge snelheid schuren met korrel4. In een hoge snelheid roterende boor, luchtgedreven turbine of elektromotor zorgt ervoor dat de boor te draaien op een hoge snelheid. Zoals in roterende boren zowel bot als weke delen punt, bestaat het risico van beschadiging van de dura en onderliggende bloedvaten. Het succes van de operatie is afhankelijk van de vaardigheid van de chirurg. Naast deze vensters bereid met mechanische chirurgische methoden, is een chemische methode van optisch schakelen de schedel met verschillende oplossingen ontwikkelde5,6. Aangezien piëzo-elektrische chirurgie een mechanische methode van chirurgie is, zullen onze vergelijkingen hier echter beperkt tot andere mechanische methoden.
Piëzo-elektrische chirurgische apparaten gebruik maken van ultrasone trillingen te breken gemineraliseerde bot zonder schadelijke onderliggende weke delen en bieden dus een benadering van dunne snel een groot gebied van bot. In een piëzo-elektrische chirurgische handinstrument, de turbine is vervangen door een stapel van keramische schijven en wanneer stroom wordt toegepast, de schijven trillen bij ultrasone frequenties. De trillingen worden overgebracht via de handinstrument naar diamond gecoate tips om dwars door het bot zonder schadelijke zachte weefsels, een voordeel ten opzichte van roterende boren die geen onderscheid tussen weefseltypes (HLA maken). Piëzo-elektrische chirurgie werd oorspronkelijk ontwikkeld voor gebruik in de mens door de Tomaso Vercellotti en heeft geleid tot verbeteringen in de tandheelkundige en cranio-maxilofacial chirurgie7,8,9,10,11 .
Piëzo-elektrische chirurgie is gebruikt bij het maken van een osteotomie bij Wistar ratten en werd gevonden door magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en histologie te produceren aanzienlijk minder schade dan een traditionele tandheelkundige boor-12. De auteurs concludeerden dat piëzo-elektrische operatie veilig was voor het verwijderen van het bot in de buurt van zachte hersenweefsel. Muizen, hebben echter een dunner dura dat gemakkelijker beschadigd is, en die studie deed niet voorbereiden op windows chronische optische beeldvorming. Chronische imaging vereist dat de bloedvaten niet beschadigd zijn en dat bloedstolsels niet onder het venster vormen. Schade aan de dura leidt tot ontsteking die het venster veroorzaakt Cloud, en activeert u microglia en de verspreiding van reactieve astrocyten. Hier hebben we piëzo-elektrische chirurgie voor muizen te scheppen die zowel dunne schedel en volledige bot verwijdering craniale windows geschikt voor chronische imaging geoptimaliseerd. We vergeleken dit chirurgische techniek aan Cranio venster operaties bereid met een hoge snelheid roterende boor.
De operatie kan worden gewijzigd door het veranderen van de chirurgische tip. Er zijn vele verschillende maten van tip die kan worden toegepast op de handinstrument. Wijzigen van de grootte of vorm van de tip zal resulteren in verschillende grootte Vensters. Naast de tip van 4 mm, we ook een 3 mm tip geprobeerd en vond dat het werkte ook goed. Zelfs met irrigatie met ijs koud ACSF, wij waren niet in staat om goede resultaten met tips die waren te smal (ongeveer 0,25 mm) ten gevolge van de geconcentreerde trillingen veroorzaakt door teveel warmte en branden van het bot leidt tot schade aan de onderliggende dura. We hebben niet geprobeerd de veelheid van andere tips die beschikbaar zijn, en wij verwachten dat andere laboratoria nieuwe toepassingen voor deze verschillende tips kunnen vinden. Terwijl de operatie betrekkelijk eenvoudig is, vonden we zijn er verschillende stappen die oplossen wellicht. De eerste is dat de vibrerende tip veel turbulentie in de ACSF, die zichtbaarheid vermindert en produceert moeilijkheid produceert billijkerwijze bot diepte tijdens het bot uitdunnen van de stap van de operatie. Wij adviseren dat als het is te moeilijk om te zien hoe dun het bot is, neem een pauze om te drogen van de schedel en het venster door het toepassen van een steriele wattenstaafje aan de kant van het bot. Niet van toepassing de wattenstaafje rechtstreeks naar het raam, aangezien het ruwe oppervlak is schadelijk voor dunne bot. Na het controleren van de diepte, toepassen van ACSF en gaat u verder met de operatie. We vonden ook dat als er schade aan de dura, is meestal te wijten aan de chirurg die teveel druk op de tip. Houden de handinstrument meer voorzichtig en minder kracht zal waarschijnlijk dit probleem oplossen. Als de chirurg de tip over het bot onder dwang schrapen is, zal het veroorzaken van een pauze in het dunne bot en beschadigen van de schedel. Tot slot, als na het uitdunnen van het bot, de onderliggende dura gekneusd lijkt, het is waarschijnlijk te wijten aan de overtollige warmte van de trillingen. Optrekken van het steunpercentage van ACSF flow zal positiebepaling zulks uitvaardiging.
De belangrijkste beperking van FASOR is dat de handinstrument kan dun het bot, maar alle het bot over de dura niet verwijderen. De diamant gecoate tip heeft kleine ruwe hobbels. De wrijving die nodig zijn om de schedel te dun zou de dura abrade en bloeden als het werd gebruikt om het verwijderen van alle van het bot. Dus, het gebruik van pincet is vereist voor het verwijderen van de resterende dunne laag. Hoewel er lopende debat over of beeldvorming door een dunne schedel minder ontstekingen en minder proliferatie van microglia en reactieve astrocyten produceert, in sommige gevallen heeft een venster met geen bot resterende de voorkeur, bijvoorbeeld om te zorgen voor een meer diepgaande van imaging3 .
We hebben geoptimaliseerd craniale venster voorbereiding voor multiphoton imaging in muizen. FASOR is, om onze kennis, de eerste toepassing van piëzo-elektrische techniek op knaagdieren craniale venster chirurgie voor optische beeldvorming. Wij vinden dat het gebruik van piëzo-elektrische chirurgie in muizen de voordelen van grotere snelheid deelt en daalde van ongewenste voorvallen ook gemeld in mens7,,8,,9,10. Gebruik van het piëzo-elektrisch apparaat resulteerde in snellere chirurgie (figuur 2A) en minder ongewenste voorvallen van bloeden in vergelijking met een hoge snelheid roterende boren (figuur 2B). Ook vonden we, binnen ons lab, dat FASOR gemakkelijker voor nieuwe chirurgen was te leren dan de traditionele benaderingen craniale venster chirurgie. Voordelen van snelheid en gebruiksgemak zijn waarschijnlijk verschillen tussen chirurgen. Dunne schedel voorbereidingen vergen doorgaans 30-45 min dunne het bot met een boor en scalpel2, terwijl de FASOR aanpak doorgaans minder dan 10 min vereist.
We vonden dat we in windows bereid met FASOR calcium transiënten in laag 4 piramidale neuronen in motorische cortex, die had zijn transfected met adeno-associated virus codering van de calcium-indicator JRGECO1a kon beeld (AAV9. Syn.NES-jRGECO1a.WPRE.SV40). ook vonden We dat, in vergelijking met een dunne schedel craniale venster voorbereid met een roterende boor en scalpel, de imaging regio was groter, terwijl een dunne schedel bereid met een roterende boor en scalpel heeft een imaging venster van 20 µm diameter2 . Met FASOR konden we snel een gebied van 3-4 mm dunne. Dit is vergelijkbaar met het imaging venster gemeld met poorten4. Dit grotere venster behoudt het voordeel van snelle beeldvorming gemeld voor dunne schedel windows voorbereid met een tandheelkundige boor en scalpel. Bovendien, het venster bereid met FASOR onmiddellijk beeld kan worden, in tegenstelling tot traditionele bot verwijderen windows waarvoor weken om te genezen voordat het venster optimaal kunnen kunnen beeld3.
Deze techniek kan worden toegepast om te bestuderen van de veranderingen in de bloedstroom in de bakken onder de dura. Een belangrijke toekomstige studie is het vergelijken van immunoreactivity van FASOR met andere methoden van Cranio-venster. Dit zou belangrijk zijn om te bepalen als FASOR minder ontsteking in vergelijking met bestaande methoden produceert. Wij hopen dat de piëzo-elektrische chirurgische techniek hier gedocumenteerd meer labs craniale windows uitvoeren en met succes gebruiken multiphoton in vivoimaging zal toestaan.
Zorg ervoor dat de handinstrument te trillen op de laagste instelling is ingesteld en dat de ACSF is worden geïrrigeerd met een constante snelheid. De ijskoud die ACSF voortdurend moet worden toegepast of het zal opwarmen en beschadigen de dura. We vonden dat ACSF moet worden toegepast met een snelheid van ten minste 1 mL/min. beide gebruik een spuit in de hand gehouden, of gebruik een peristaltische pomp, in plaats van de ingebouwde irrigatie in de handinstrument. Het irrigatiesysteem in de handinstrument werpt ACSF ook krachtig en produceert te veel turbulentie, die aanzienlijk afbreuk zal doen aan de zichtbaarheid.
The authors have nothing to disclose.
Tamara Zeric voor het helpen om de multiphoton beeld in deze paper te krijgen. Ondersteund door de hersenen & gedrag, Parkinson en JPB stichtingen, R01 MH108186 en R01 DA07418. F31 fellowship 1F31MH109293-01A1 te 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 |