बहुमुखी तंत्रिका विज्ञान तकनीकों के लिए अनुकूलनीय कोणीय स्टीरियोटाटिक दृष्टिकोण
Summary
यहां वर्णित एक स्टीरियोटैक्टिक प्रक्रिया है जो कोण वाले कोरोनल दृष्टिकोण का उपयोग करके चुनौतीपूर्ण और मुश्किल से पहुंचने वाले मस्तिष्क क्षेत्रों (स्थानिक सीमाओं के कारण) को लक्षित कर सकती है। यह प्रोटोकॉल माउस और चूहा मॉडल दोनों के लिए अनुकूलनीय है और कैनुला प्रत्यारोपण और वायरल निर्माणों के माइक्रोइंजेक्शन सहित विविध न्यूरोसाइंटिफिक अनुप्रयोगों पर लागू किया जा सकता है।
Abstract
स्टीरियोटाैक्टिक सर्जरी आधुनिक न्यूरोसाइंस लैब में एक आवश्यक उपकरण है। हालांकि, ठीक है और सही मुश्किल से लक्षित करने के लिए मस्तिष्क क्षेत्रों तक पहुंचने की क्षमता अभी भी एक चुनौती प्रस्तुत करता है, खासकर जब मिडलाइन के साथ मस्तिष्क संरचनाओं को लक्षित । इन चुनौतियों में बेहतर सगितीय साइनस और तीसरे वेंट्रिकल से बचना और चयनात्मक और असतत मस्तिष्क नाभिक को लगातार लक्षित करने की क्षमता शामिल है। इसके अलावा, अधिक उन्नत तंत्रिका विज्ञान तकनीक (जैसे, ऑप्टोजेनेटिक्स, फाइबर फोटोमेट्री, और दो-फोटॉन इमेजिंग) मस्तिष्क के लिए महत्वपूर्ण हार्डवेयर के लक्षित प्रत्यारोपण पर भरोसा करते हैं, और स्थानिक सीमाएं एक आम बाधा हैं। यहां प्रस्तुत एक कोण कोरोनल दृष्टिकोण का उपयोग कर कृंतक मस्तिष्क संरचनाओं के स्टीरियोटाटिक लक्ष्यीकरण के लिए एक संशोधित प्रोटोकॉल है। इसे 1) माउस या चूहा मॉडल, 2) विभिन्न तंत्रिका विज्ञान तकनीकों और 3) कई मस्तिष्क क्षेत्रों के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। एक प्रतिनिधि उदाहरण के रूप में, इसमें ऑप्टोजेनेटिक अवरोध प्रयोग के लिए माउस हाइपोथैलेमिक वेंट्रोमेडियल न्यूक्लियस (वीएमएन) को लक्षित करने के लिए स्टीरियोटाटिक निर्देशांक की गणना शामिल है। यह प्रक्रिया एक एडेनो-संबद्ध वायरस (एएवी) के द्विपक्षीय माइक्रोइंजेक्शन के साथ शुरू होती है, जो एक हल्के-संवेदनशील क्लोराइड चैनल (SwiChR +++) को क्रे-निर्भर माउस मॉडल में एन्कोडिंग करता है, जिसके बाद फाइबरोप्टिक कैनुला के कोण द्विपक्षीय प्रत्यारोपण होते हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग करके, निष्कर्ष ों से पता चलता है कि इंसुलिन-प्रेरित हाइपोग्लाइसीमिया के लिए बरकरार ग्लूकोज काउंटररेगुलेटरी प्रतिक्रियाओं के लिए वीएमएन न्यूरॉन्स के सबसेट की सक्रियता की आवश्यकता होती है।
Introduction
व्यवहार, भोजन और चयापचय के तंत्रिका नियंत्रण में अत्यधिक जटिल, एकीकृत और अनावश्यक न्यूरोसर्किट का समन्वय शामिल है। तंत्रिका विज्ञान क्षेत्र का एक ड्राइविंग लक्ष्य न्यूरोनल सर्किट संरचना और कार्य के बीच संबंधों को विच्छेदन करना है। यद्यपि शास्त्रीय तंत्रिका विज्ञान उपकरण (यानी, घाव, स्थानीय औषधीय इंजेक्शन, और विद्युत उत्तेजना) ने विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों की भूमिका के बारे में महत्वपूर्ण ज्ञान का पर्दाफाश किया है जो व्यवहार और चयापचय को नियंत्रित करते हैं, ये उपकरण विशिष्टता और रिवर्सिबिलिटी1की कमी से सीमित हैं।
तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में हाल ही में प्रगति ने उच्च स्थानिक संकल्प के साथ सेल-प्रकार विशिष्ट तरीके से सर्किट फ़ंक्शन से पूछताछ करने और हेरफेर करने की क्षमता में काफी सुधार किया है। उदाहरण के लिए, ऑप्टोजेनेटिक2 और केमोजेनेटिक3 दृष्टिकोण, आनुवंशिक रूप से परिभाषित सेल प्रकार के स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों में गतिविधि के तेजी से और प्रतिवर्ती हेरफेर की अनुमति देते हैं। ऑप्टोजेनेटिक्स में न्यूरोनल गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए हल्के-संवेदनशील आयन चैनलों का उपयोग शामिल है, जो चैनलरोडोप्सिन कहा जाता है। इस तकनीक की कुंजी चैनलरोडोप्सिन की जीन डिलीवरी और ऑप्सिन को सक्रिय करने के लिए प्रकाश का स्रोत है। जीन वितरण के लिए एक आम रणनीति 1 के संयोजन के माध्यम से है) आनुवंशिक रूप से इंजीनियर चूहों असतत न्यूरॉन्स में क्रे-रिकॉम्बिनेंट व्यक्त करते हैं, और 2) क्रे-निर्भर वायरल वैक्टर चैनलररोडोसिन को एन्कोडिंग करते हैं।
जबकि ऑप्टोजेनेटिक्स न्यूरोनल गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए एक सुरुचिपूर्ण, अत्यधिक सटीक साधन प्रदान करता है, विधि एक परिभाषित मस्तिष्क क्षेत्र में वायरल वेक्टर और फाइबरऑप्टिक प्लेसमेंट के सफल स्टीरियोटैक्टिक माइक्रोइंजेक्शन पर निर्भर है। यद्यपि आधुनिक तंत्रिका विज्ञान प्रयोगशाला के भीतर स्टीरियोटैक्टिक प्रक्रियाएं आम हैं (और इस प्रक्रिया का वर्णन करने वाले कई उत्कृष्ट प्रोटोकॉल हैं)4,5,6,मिडलाइन के साथ असतत मस्तिष्क क्षेत्रों को लगातार और पुन: उत्पन्न करने में सक्षम होने के नाते (यानी, मेडियोबेसल हाइपोथैलेमस, होमओस्टेटिक कार्यों के नियमन के लिए महत्वपूर्ण मस्तिष्क क्षेत्र7)अतिरिक्त चुनौतियां प्रस्तुत करता है। इन चुनौतियों में सुपीरियर सैगिटल साइनस, तीसरा वेंट्रिकल और आसन्न हाइपोथैलेमिक न्यूक्लियी से बचना शामिल है । इसके अलावा, हार्डवेयर के द्विपक्षीय प्रत्यारोपण के लिए महत्वपूर्ण स्थानिक सीमाएं हैं जो अवरोध अध्ययन के लिए आवश्यक हैं। इन चुनौतियों को ध्यान में रखते हुए, यह प्रोटोकॉल एक कोणीय स्टीरियोटैक्टिक दृष्टिकोण के माध्यम से असतत मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित करने के लिए एक संशोधित प्रक्रिया प्रस्तुत करता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
तंत्रिका विज्ञान में हाल ही में प्रगति ने मस्तिष्क न्यूरोसर्किट की गतिविधि और कार्य में उन्नत अंतर्दृष्टि और समझ का समर्थन किया है। इसमें विवो में असतत न्यूरोनल आबादी और उनके प्रक्षेपण स्थलों को सक्…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ डायबिटीज एंड डाइजेस्टिव एंड किडनी डिजीज (एनआईडीके) ग्रांट F31-DK-113673 (C.L.F.), T32-GM-095421 (C.L.F.), DK-089056 (जीजे.M.), एक अमेरिकन डायबिटीज एसोसिएशन अभिनव बुनियादी विज्ञान पुरस्कार (#1-19-IBS-१९२ जीजे.M.) और NIDDK वित्त पोषित पोषण मोटापा अनुसंधान केंद्र (डीके-035816), मधुमेह अनुसंधान केंद्र (डीके-017047) और मधुमेह, मोटापा और चयापचय प्रशिक्षण अनुदान T32 DK0007247 (T.H.M) वाशिंगटन विश्वविद्यालय में ।
Materials
| Fiberoptic Cannulae | Doric Lenses | MFC_200/230-0.57_###_MF1.25_FLT | Customizable |
| Kopf Model 1900 Stereotaxic Alignment System | Kopf | Model 1900 | |
| Kopf Model 1900-51 Center Height Gauge | Kopf | Model 1900-51 | |
| Kopf Model 1905 Alignment Indicator | Kopf | Model 1905 | |
| Kopf Model 1911 Stereotaxic Drill | Kopf | Model 1911 | |
| Kopf Model 1915 Centering Scope | Kopf | Model 1915 | |
| Kopf Model 1922 60-Degree Non-Rupture Ear Bars | Kopf | Model 1922 | |
| Kopf Model 1923-B Mouse Gas Anesthesia Head Holder | Kopf | Model 1923-B | |
| Kopf Model 1940 Micro Manipulator | Kopf | Model 1940 | |
| Micro4 Microinjection System | World Precision Instruments | — | |
| Mouse bone screws | Plastics One | 00-96 X 1/16 | |
| Stereotaxic Cannula Holder, 1.25mm ferrule | Thor Labs | XCL | |
| Surgical Drill | Cell Point Scientific | Ideal Micro Drill |
References
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