Denne protokol beskriver en metode til at opnå stabile hviletilstandsfunktionelle magnetisk resonansbilleddannelsesdata (rs-fMRI) fra en rotte ved hjælp af lavdosisisofluran i kombination med lavdosis dexmedetomidin.
Hviletilstand funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (rs-fMRI) er blevet en stadig mere populær metode til at studere hjernefunktion i en hvilende, ikke-opgavetilstand. Denne protokol beskriver en præklinisk overlevelsesmetode til indhentning af rs-fMRI-data. Kombinationen af lavdosisisoflurane med kontinuerlig infusion af α2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidin giver en robust mulighed for stabil dataopsamling af høj kvalitet, samtidig med at hjernens netværksfunktion bevares. Desuden giver denne procedure mulighed for spontan vejrtrækning og næsten normal fysiologi hos rotten. Yderligere billedsekvenser kan kombineres med hviletilstandserhvervelse, der skaber eksperimentelle protokoller med bedøvelsesstabilitet på op til 5 timer ved hjælp af denne metode. Denne protokol beskriver opsætningen af udstyr, overvågning af rottefysiologi i fire forskellige faser af anæstesi, erhvervelse af hviletilstandsscanninger, kvalitetsvurdering af data, genopretning af dyret og en kort diskussion af efterbehandlingsdataanalyse. Denne protokol kan bruges på tværs af en bred vifte af prækliniske gnavermodeller for at hjælpe med at afsløre de resulterende hjernenetværksændringer, der opstår i hvile.
Hviletilstand funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (rs-fMRI) er et mål for det blod-ilt-niveau-afhængige (FED) signal, når hjernen er i hvile og ikke er involveret i nogen bestemt opgave. Disse signaler kan bruges til at måle korrelationer mellem hjerneregioner for at bestemme den funktionelle forbindelse inden for neurale netværk. rs-fMRI anvendes i vid udstrækning i kliniske undersøgelser på grund af dets ikke-invasivitet og den lave indsats, der kræves af patienter (sammenlignet med opgavebaseret fMRI), hvilket gør det optimalt for forskellige patientpopulationer1.
De teknologiske fremskridt har gjort det muligt at tilpasse rs-fMRI til brug i gnavermodeller for at afdække mekanismer, der ligger til grund for sygdomstilstande (se reference2 til revision). Prækliniske dyremodeller, herunder sygdoms- eller knockoutmodeller, tillader en bred vifte af eksperimentelle manipulationer, der ikke kan anvendes hos mennesker, og undersøgelser kan også gøre brug af post mortem-prøver til yderligere at forbedre forsøg2. Ikke desto mindre, på grund af vanskelighederne med både at begrænse bevægelse og formildende stress, udføres MR-erhvervelse hos gnavere traditionelt under anæstesi. Bedøvelsesmidler, afhængigt af deres farmakokinetik, farmakodynamik og molekylære mål, påvirker hjernens blodgennemstrømning, hjernens stofskifte og potentielt påvirker neurovaskulære koblingsveje.
Der har været mange bestræbelser på at udvikle anæstesiprotokoller, der bevarer neurovaskulær kobling og hjernenetværksfunktion3,4,5,6,7,8. Vi har tidligere rapporteret en bedøvelse regime, der anvendes en lav dosis af isoflurane sammen med en lav dosis af α2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidin9. Rotter under denne anæstesimetode udviste robuste FED-reaktioner på whisker stimulation i regioner i overensstemmelse med etablerede projektionsveje (ventrolateral og ventromedial thalamic nuclei, primær og sekundær somatosensorisk cortex); store hviletilstandshjernenetværk, herunder standardtilstandsnetværket10,11 og salience-netværk12, er også konsekvent blevet opdaget. Desuden giver denne bedøvelsesprotokol mulighed for gentagen billeddannelse på det samme dyr, hvilket er vigtigt for overvågningen af sygdomsprogressionen og effekten af eksperimentelle manipulationer i længderetningen.
I denne undersøgelse beskriver vi de eksperimentelle opsætnings-, dyreforberedelses- og fysiologiske overvågningsprocedurer, der er involveret. Vi beskriver især de specifikke anæstesifaser og erhvervelse af scanninger i hver fase. Datakvaliteten vurderes efter hver hviletilstandsscanning. En kort oversigt over analyse efter scanningen er også inkluderet i diskussionen. Laboratorier, der er interesseret i at afdække potentialet ved at anvende rs-fMRI hos rotter, vil finde denne protokol nyttig.
Dyrets stabilitet, både fysisk og fysiologisk, er nøglen til at opnå hviletilstandsdata af høj kvalitet. Denne protokol opnår stabilitet ved at bevæge sig gennem fire forskellige faser af anæstesi. Det er bydende nødvendigt, at dyret har opfyldt de fastsatte fysiologiske tærskler, før det går videre til næste fase af anæstesi; da denne metode er afhængig af fysiologiske autoregulatoriske mekanismer, kan individuelle dyr kræve lidt forskellige mængder tid i hver anæstesifase. Det er vores erfaring, at det…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af midler fra National Institute of Health (NIH)’s National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, og EMB blev støttet af Grant R21DA044501 tildelt Alan I. Green og DJW blev støttet af Grant T32DA037202 til Alan J. Budney] og National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 til Emily D. K. Sullivan]. Yderligere støtte blev ydet gennem Alan I. Greens begavede fond som Raymond Sobel professor i psykiatri i Dartmouth.
Hanbing Lu støttes af National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Forfatterne ønsker at anerkende og takke den afdøde Alan I. Green. Hans urokkelige dedikation til området for samforekomne lidelser bidrog til at etablere samarbejde mellem forfatterne. Vi takker ham for hans mentorskab og vejledning, som vil blive savnet.
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 |