Chirurgie stéréotaxique pour l'implantation de microélectrodes Arrays dans le Marmoset commun (Callithrix jacchus)
Summary
Ce travail présente un protocole pour effectuer une implantation stéréotaxique et neurochirurgicale des tableaux de microélectrode dans le marmoset commun. Cette méthode permet spécifiquement des enregistrements électrophysiologiques chez les animaux qui se comportent librement, mais peut être facilement adaptée à toute autre intervention neurochirurgicale similaire chez cette espèce (p. ex., canule pour l’administration de médicaments ou électrodes pour la stimulation cérébrale).
Abstract
Les marmosets (Callithrix jacchus) sont de petits primates non humains qui gagnent en popularité dans la recherche biomédicale et préclinique, y compris les neurosciences. Phylogénétiquement, ces animaux sont beaucoup plus proches des humains que des rongeurs. Ils affichent également des comportements complexes, y compris un large éventail de vocalisations et d’interactions sociales. Ici, une procédure neurochirurgicale stéréotaxique efficace pour l’implantation des tableaux d’électrode d’enregistrement dans le marmoset commun est décrite. Ce protocole détaille également les étapes pré- et postopératoires des soins aux animaux qui sont nécessaires pour effectuer avec succès une telle chirurgie. Enfin, ce protocole montre un exemple de potentiel de terrain local et d’enregistrements d’activité de pointe dans un marmoset de comportement libre 1 semaine après l’intervention chirurgicale. Dans l’ensemble, cette méthode offre l’occasion d’étudier la fonction cérébrale dans les marmosets éveillés et se comportant librement. Le même protocole peut être facilement utilisé par les chercheurs travaillant avec d’autres petits primates. En outre, il peut être facilement modifié pour permettre d’autres études nécessitant des implants, tels que la stimulation des électrodes, microinjections, l’implantation d’optrodes ou de canudes guide, ou l’ablation de régions tissulaires distinctes.
Introduction
Les marmosets communs (Callithrix jacchus) sont de plus en plus reconnus comme un organisme modèle important dans de nombreux domaines de recherche, y compris les neurosciences. Ces primates du nouveau monde représentent un modèle animal complémentaire important pour les rongeurs et d’autres primates non humains (PSN), comme le macaque rhésus. Comme les rongeurs, ces animaux sont petits, faciles à manipuler, et relativement économique pour prendre soin et élever1,2,3,4, par rapport aux plus grands PSN. En outre, ces animaux ont une propension au jumelage et à une fécondité élevée par rapport aux autres PSN1,2,3. Un autre avantage de la marmoset a sur de nombreux autres primates est que les outils modernes de biologie moléculaire3,4,5,6,7 et un génome séquencé2 ,3,4,5,8 ont été utilisés pour les modifier génétiquement. Les animaux knock-in utilisant lentivirus5, et knock-out animaux en utilisant des nucléases de zinc-doigt (ZNNs) et la transcription activateur-comme des nucléases effecteurs (TALENS)7, ont donné des animaux fondateurs viables.
Un avantage par rapport aux rongeurs est que les marmosets, en tant que primates, sont phylogénétiquement plus proches des humains3,5,6,9,10,11. Comme les humains, les marmosets sont des animaux diurnes qui dépendent d’un système visuel très développé pour guider une grande partie de leur comportement10. En outre, les marmosets présentent une complexité comportementale, y compris un large éventail de comportements sociaux tels que l’utilisation de différentes vocalisations3, permettant aux chercheurs d’aborder des questions qui ne sont pas possibles chez d’autres espèces. D’un point de vue neuroscientifique, les marmosets ont des cerveaux lissencephaly, contrairement au macaque rhésus plus couramment utilisé9. En outre, les marmosets ont un système nerveux central semblable à l’homme, y compris un cortex préfrontal plus développé9. Ensemble, toutes ces caractéristiques positionnent les marmosets comme un modèle précieux pour étudier le fonctionnement du cerveau dans la santé et la maladie.
Une méthode courante pour étudier la fonction cérébrale consiste à implanter des électrodes dans des endroits anatomiquement spécifiques au moyen de la neurochirurgie stéréotaxique. Cela permet l’enregistrement chronique de l’activité neuronale dans différentes zones cibles chez les animaux éveillés et se comportant librement12,13. La neurochirurgie stéréotaxique est une technique indispensable utilisée dans de nombreux domaines de recherche, car elle permet un ciblage précis des régions neuroanatomiques. Comparé à la littérature de macaque et de rongeur, il y a moins d’études éditées décrivant la neurochirurgie stéréotaxique spécifique au marmoset, et elles tendent à fournir le détail clairsemé des étapes impliquées dans la chirurgie. En outre, ceux qui ont plus de détails se concentrent principalement sur les procédures d’enregistrement de l’électrophysiologie chez les animaux retenus à la tête14,15,16,17.
Afin de faciliter l’adoption plus large des marmosets en tant qu’organisme modèle dans la recherche en neurosciences, la méthode actuelle définit les étapes spécifiques nécessaires à une neurochirurgie stéréotaxique réussie chez cette espèce. En plus de l’implantation de tableaux d’enregistrement, comme indiqué dans la méthode actuelle, la même technique peut être adaptée à de nombreuses autres fins expérimentales, y compris l’implantation d’électrodes stimulantes pour le traitement des maladies18 ou la conduite causale comportement de circuit19; l’implantation de canules de guide pour l’extraction et la quantification des neurotransmetteurs20, injections de réactifs, y compris ceux pour induire des modèlesde maladies 12 ou pour les études de traçage de circuits15; ablation des régions tissulaires discrètes21; implantation d’optrodes pour les études optogénétiques22; implantation de fenêtres optiques pour l’analyse microscopique corticale23; et l’implantation de tableaux électrocorticographiques (ECoG)24. Ainsi, l’objectif global de cette procédure est de décrire les étapes chirurgicales impliquées dans l’implantation de réseaux de microélectrodes pour les enregistrements électrophysiologiques chroniques dans les marmosets se comportant librement.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce travail fournit une description détaillée des procédures impliquées dans l’implantation de réseaux d’enregistrement de microélectrodes dans le cerveau de marmoset. Ce même protocole peut être facilement utilisé lors de l’implantation d’électrodes, qu’elles soient faites maison ou disponibles dans le commerce, chez d’autres petits primates. En outre, il peut être facilement adapté pour d’autres fins expérimentales qui nécessitent un ciblage précis des structures cérébrales. Par conséquent, ce protocol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs souhaitent remercier Bernardo Luiz pour son assistance technique au tournage et au montage. Ce travail a été soutenu par l’Institut Santos Dumont (ISD), le Ministère brésilien de l’éducation (MEC) et Coordenaço de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES).
Materials
| Equipments | |||
| 683 Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus, Inc. | 55-0000 | |
| Anesthesia Assembly | BRASMED | COLIBRI | |
| Barber Clippers | Mundial | HC-SERIES | |
| Dental Drill | Norgen | B07-201-M1KG | |
| Homeothermic Heating Pad and Monitor | Harvard Apparatus, Inc. | 50-7212 | |
| Marmoset Stereotaxic Frame | Narishige Scientific Instrument Lab | SR-6C-HT | |
| Patient Monitor and Pulse Oximeter | Bionet Co., Ltd | BM3 | |
| Stereotaxic Micromanipulator | Narishige Scientific Instrument Lab | SM-15R | |
| Surgical Microscope | Opto | SM PLUS IBZ | |
| Instruments | |||
| Allis tissue forceps | Sklar | 36-2275 | |
| Alm Retractor, rounded point, 4×4 teeth | Rhosse | RH11078 | |
| Angled McPherson Forceps | Oftalmologiabr | 11301A | |
| Curved Surgial Scissors | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8422 | |
| Curved Tissue Forceps | Sklar | 47-1186 | |
| Delicate Dissection forceps | WPI | WP5015 | |
| Dental Drill Bit | Microdont | ISO.806.314.001.524.010 | |
| Essring Tissue Forceps | Sklar | 19-2460 | |
| FG 1/4 Dental Drill Bit | Microdont | ISO.700.314.001.006.005 | |
| Halsey Needle Holder | WPI | 15926-G | |
| Halstead Mosquito forceps | WPI | 503724-12 | |
| Hemostatic Forceps, Straight | Sklar | 17-1260 | |
| Jewler Forceps | Sklar | 66-7436 | |
| McPherson-Vannas Optathalmic microscissor, 3 mm point | Argos Instrumental | ARGOS-4004 | |
| Pereosteal Raspatory | Golgran | 38-1 | |
| Scalpal Handle | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8354 | |
| Screwdrivers | Eurotool | SCR-830.00 | |
| Sodering Iron | Hikari | 21K006 | |
| Surgical Scissor | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8400 | |
| Toothed forceps | WPI | 501266-G | |
| Disposables/Single Use | |||
| 1 ml sterile syringe with 26 G needle | Descarpack | 7898283812785 | |
| 130 cm x 140 cm surgical field, presterilized | ProtDesc | 7898467276344 | |
| 24G Needle, presterilized | Descarpack | 7898283812846 | |
| 50 cm x 50 cm surgical field, presterilized | Esterili-med | 110100236 | |
| Cotton Tipped Probes, Presterilized | Jiangsu Suyun Medical Materials Co. LTD | 23007 | |
| Cotton tipped Qutips | Higie Topp | 7898095296063 | |
| Electrode Array | Home made | ||
| Endotracheal tube without cuff, internal diameter 2.0 mm, outer diameter 2.9 mm | Solidor | 7898913077201 | |
| Tinned copper wire, 0.15 mm diameter | |||
| M1.4×3 Stainless steel screws | USMICROSCREW | M14-30M-SS-P | |
| Medical Tape | Missner | 7896544910102 | |
| Nylon surgical sutures | Shalon | N540CTI25 | |
| Scalpal Blade, presterilized | AdvantiVe | 1037 | |
| solder | Kester | SN63PB37 | |
| Sterile Saline 0.9% | Isofarma | 7898361700041 | |
| Sterile Surgical Gloves | Maxitex | 7898949349051 | |
| Sterile Surgical Gown | ProtDesc | 7898467281208 | |
| Surgical Gauze, 15 cm x 26 cm presterilized | Héika | 7898488470315 | |
| Gelfoam | Pfizer | ||
| Drugs/Chemicals | |||
| 0.25mg/ml Atropine | Isofarma | ||
| 10% Lidocaine Spray | Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. | 7896676405644 | |
| 2.5% Enrofloxacino veterinary antibiotic | Chemitec | 0137-02 | |
| Dexametasona Veterinary Anti inflammatory | MSD | R06177091A-00-15 | |
| Hydrogen Peroxide | Farmax | 7896902211537 | |
| Isoflourane | BioChimico | 7897406113068 | |
| Jet Acrylic polymerization solution | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Jet Auto Polymerizing Acrylic | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Ketamine 10% | Syntec | ||
| Lidocaine and Phenylephrine 1.8 ml local anesthetic | SS White | 7892525041049 | |
| Povidone-Iodine solutiom | Farmax | 7896902234093 | |
| Riohex 2% surgical Soap | Rioquímica | 7897780209418 | |
| Silver Paint | SPI Supplies | 05002-AB | |
| Tramadol chloride 50 mg/ml | União Química | 7896006245452 | |
| Refresh gel (polyacrylic acid) | Allergan |
References
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