Aquisição de dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso no rato
Summary
Este protocolo descreve um método para obter dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso estável (rs-fMRI) de um rato usando isoflurane de baixa dose em combinação com dexmedetomidina de baixa dose.
Abstract
A ressonância magnética funcional de estado de repouso (rs-fMRI) tornou-se um método cada vez mais popular para estudar a função cerebral em um estado de repouso, sem tarefa. Este protocolo descreve um método de sobrevivência pré-clínico para a obtenção de dados rs-fMRI. A combinação de isoflurano de baixa dose com infusão contínua do α2 agonizantes agonistas receptores adrenérgicos proporcionam uma opção robusta para aquisição de dados estáveis e de alta qualidade, preservando a função da rede cerebral. Além disso, este procedimento permite a respiração espontânea e fisiologia quase normal no rato. Sequências adicionais de imagem podem ser combinadas com a aquisição de estado de repouso criando protocolos experimentais com estabilidade anestésica de até 5 h usando este método. Este protocolo descreve a instalação de equipamentos, o monitoramento da fisiologia de ratos durante quatro fases distintas da anestesia, aquisição de escaneamentos de estado de repouso, avaliação da qualidade dos dados, recuperação do animal e uma breve discussão sobre análise de dados pós-processamento. Este protocolo pode ser usado em uma grande variedade de modelos de roedores pré-clínicos para ajudar a revelar as mudanças resultantes da rede cerebral que ocorrem em repouso.
Introduction
A ressonância magnética funcional de estado de repouso (rs-fMRI) é uma medida do sinal dependente do nível de oxigênio do sangue (BOLD) quando o cérebro está em repouso e não está envolvido em nenhuma tarefa particular. Esses sinais podem ser usados para medir correlações entre regiões cerebrais para determinar a conectividade funcional dentro de redes neurais. rs-fMRI é amplamente utilizado em estudos clínicos devido à sua não invasiva e à baixa quantidade de esforço necessário aos pacientes (em comparação com a ressonância magnética baseada em tarefas) tornando-o ótimo para diversas populações de pacientes1.
Os avanços tecnológicos permitiram que o RS-FMRI fosse adaptado para uso em modelos de roedores para descobrir mecanismos subjacentes aos estados da doença (ver referência2 para revisão). Modelos de animais pré-clínicos, incluindo modelos de doenças ou nocautes, permitem uma ampla gama de manipulações experimentais não aplicáveis em humanos, e estudos também podem fazer uso de amostras post-mortem para melhorar ainda mais os experimentos2. No entanto, devido à dificuldade em limitar o movimento e mitigar o estresse, a aquisição de RM em roedores é tradicionalmente realizada sob anestesia. Agentes anestésicos, dependendo de sua farmacocinética, farmacodinâmica e alvos moleculares, influenciam o fluxo sanguíneo cerebral, o metabolismo cerebral e potencialmente afetam caminhos de acoplamento neurovascular.
Houve inúmeros esforços para desenvolver protocolos anestésicos que preservam o acoplamento neurovascular e a função da rede cerebral3,4,5,6,7,8. Relatamos anteriormente um regime anestésico que aplicava uma dose baixa de isoflurano, juntamente com uma dose baixa do α2 receptor adrenérgico agonista dexmedetomidina9. Os ratos sob este método de anestesia apresentaram respostas ousadas robustas à estimulação de whisker em regiões consistentes com vias de projeção estabelecidas (núcleos talâmicos ventrolateral e ventromedial, córtex somatossensorial primário e secundário); Redes cerebrais de estado de repouso em larga escala, incluindo a rede de modo padrão10,11 e a rede de saliência12 também foram detectadas consistentemente. Além disso, este protocolo anestésico permite imagens repetidas no mesmo animal, o que é importante para monitorar a progressão da doença e o efeito de manipulações experimentais longitudinalmente.
No presente estudo, detalhamos os procedimentos experimentais de configuração, preparação animal e monitoramento fisiológico envolvidos. Em particular, descrevemos as fases anestésicas específicas e a aquisição de exames durante cada fase. A qualidade dos dados é avaliada após cada varredura de estado de repouso. Um breve resumo da análise pós-digitalização também está incluído na discussão. Laboratórios interessados em descobrir o potencial de uso de rs-fMRI em ratos acharão este protocolo útil.
Protocol
Representative Results
Discussion
A estabilidade do animal, tanto física quanto fisiologicamente, é fundamental para obter dados de estado de repouso de alta qualidade. Este protocolo alcança estabilidade movendo-se através de quatro fases distintas da anestesia. É imperativo que o animal tenha cumprido os limites fisiológicos definidos antes de passar para a próxima fase da anestesia; uma vez que este método se baseia em mecanismos autoregulatórios fisiológicos, animais individuais podem exigir quantidades ligeiramente diferentes de tempo em c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por financiamento do Instituto Nacional de Saúde (NIH) do Instituto Nacional de Drogas (NIDA) [DJW, EDKS, e EMB foram apoiados por Grant R21DA044501 concedido a Alan I. Green e DJW foi apoiado por Grant T32DA037202 para Alan J. Budney] e o National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 para Emily D. K. Sullivan]. Apoio adicional foi dado através do fundo dotado de Alan I. Green como o Raymond Sobel Professor de Psiquiatria em Dartmouth.
Hanbing Lu é apoiado pelo National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Os autores desejam reconhecer e agradecer ao falecido Alan I. Green. Sua dedicação inabalável ao campo dos distúrbios que ocorrem co-ocorreu ajudou a estabelecer a colaboração entre os autores. Agradecemos a ele por sua orientação e orientação, que fará muita falta.
Materials
| 9.4T MRI | Varian/Bruker | Varian upgraded with Bruker console running Paravision 6.0.1 software | |
| Air-Oxygen Mixer | Sechrist | Model 3500CP-G | |
| Analysis of Functional NeuroImages (AFNI) | NIMH/NIH | Version AFNI_18.3.03 | Freely available at: https://afni.nimh.nih.gov/ |
| Animal Cradle | RAPID Biomedical | LHRXGS-00563 | rat holder with bite bar, nose cone and ear bars |
| Animal Physiology Monitoring & Gating System | SAII | Model 1025 | MR-compatible system including oxygen saturation, temperature, respiration and fiber optic pulse oximetry add-on |
| Antisedan (atipamezole hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-867-7097 | Zoetis, Manufacturer Item #10000449 |
| Ceramic MRI-Safe Scissors | MRIequip.com | MT-6003 | |
| Clippers | Patterson Veterinary | 07-882-1032 | Wahl touch-up trimmer combo kit, Manufacturer Item #09990-1201 |
| Dexmedesed (dexmedetomidine hydrochloride) | Patterson Veterinary | 07-893-1801 | Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item#17033-005-10 |
| Digital Rectal Thermometer Covers | Medline | MDS9608 | |
| FMRIB Software Library | FMRIB | MELODIC Version 3.15 | Freely available at: https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki |
| Heating Pad | Cara Inc. | Model 50 | |
| Hemostat forceps, straight | Kent Scientific | INS750451-2 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | Patterson Private Label, Manufacturer Item #14043-0704-06 |
| Isoflurane Vaporizer | VetEquip Inc. | 911103 | |
| Lab Tape, 3/4" | VWR International | 89097-990 | |
| Needles, 23 gauge | BD | 305145 | plastic hub removed |
| Parafilm Laboratory Film | Patterson Veterinary | 07-893-0260 | Medline Industries Inc., Manufacturer Item #HSFHS234526A |
| Planar Surface Coil | Bruker | T12609 | 2cm |
| Polyethylene Tubing | Braintree Scientific | PE50 50FT | 0.023" (inner diameter), 0.038" (outer diameter) |
| Puralube Ophthalmic Ointment | Patterson Veterinary | 07-888-2572 | Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item #211-38 |
| Sprague Dawley Rats | Charles River | 400 SAS SD | |
| Sterile 0.9% Saline Solution | Patterson Veterinary | 07-892-4348 | Aspen Vet, Manufacturer Item #14208186 |
| Sterile Alcohol Prep Pads | Medline | MDS090735 | |
| Surgical Tape, 1" (3M Durapore) | Medline | MMM15381Z | 3M Healthcare, "wide medical tape" |
| Surgical White Paper Tape, 1/2" (3M Micropore) | Medline | MMM15300 | 3M Healthcare |
| Syringes, 1 mL w/ 25 gauge needle | BD | 309626 | |
| Syringes, 3 mL | BD | 309657 | |
| Vented induction and scavenging system | VetEquip Inc. | 942102 | 2 liter induction chamber with active scavenging |
| 411724 | omega flowmeter | ||
| 931600 | scavenging cube, "vacuum" | ||
| 921616 | nose cone, non-rebreathing |
References
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