Chirurgia stereotassica per l'impianto di array di microelettrodi nel Common Marmoset (Callithrix jacchus)

Marmoset comuni (Callithrix jacchus) stanno guadagnando il riconoscimento come un importante organismo modello in molti campi della ricerca, tra cui le neuroscienze. Questi primati del nuovo mondo rappresentano un importante modello animale complementare sia per i roditori che per altri primati non umani (NHP), come il macaco di rhesus. Come i roditori, questi animali sono piccoli, facili da manipolare e relativamente economici da curare e allevare^1,2,3,4, rispetto ai NHP più grandi. Inoltre, questi animali hanno una propensione per il gemellaggio e l’elevata fecondità rispetto ad altri NHP^1,2,3. Un altro vantaggio che il marmoset ha rispetto a molti altri primati è che i moderni strumenti di biologia molecolare^3,4,5,6,7 e un genoma sequenziato^{2 ,3,4,5,8} sono stati utilizzati per modificarli geneticamente. Entrambi gli animali knock-in che utilizzano il lentivirus⁵, e gli animali knock-out utilizzando nucleasi zinco-dito (FN) e trascrizione attivatore-come nucleases (TALENS)⁷, hanno prodotto animali fondatori vitali.

Un vantaggio in relazione ai roditori è che i marmoset, come primati, sono filogeneticamente più vicini agli esseri umani^{3,5,6,9,10,11}. Come gli esseri umani, le marmotte sono animali diurni che dipendono da un sistema visivo altamente sviluppato per guidare gran parte del loro comportamento¹⁰. Inoltre, le marmotte presentano complessità comportamentale, tra cui una vasta gamma di comportamenti sociali come l’uso di diverse vocalizzazioni³, consentendo ai ricercatori di affrontare questioni non possibili in altre specie. Da un punto di vista neuroscientifico, le marmotte hanno cervelli lissencefalia, a differenza del macaco rhesus^{9 più}comunemente usato. Inoltre, le marmotte hanno un sistema nervoso centrale simile agli esseri umani, tra cui una corteccia prefrontale⁹più sviluppata. Insieme, tutte queste caratteristiche posizionano le marmotte come un modello prezioso per studiare la funzione cerebrale in salute e malattia.

Un metodo comune per studiare la funzione cerebrale consiste nell’impiantare elettrodi in posizioni specifiche anatomicamente per mezzo di neurochirurgia stereotassica. Questo permette la registrazione cronica dell’attività neurale in diverse aree bersaglio in animali svegli e liberamente comportanti^12,13. La neurochirurgia stereotassica è una tecnica indispensabile utilizzata in molte linee di ricerca, in quanto consente un targeting preciso delle regioni neuroanatomiche. Rispetto alla letteratura macaca e roditore, ci sono meno studi pubblicati che descrivono la neurochirurgia stereotassica specifica per il marmoset, e tendono a fornire dettagli sparse dei passaggi coinvolti nell’intervento chirurgico. Inoltre, coloro che hanno maggiori dettagli si concentrano principalmente sulle procedure per la registrazione elettrofisiologica in animali a testa limitata^14,15,16,17.

Al fine di facilitare una più ampia adozione delle marmotte come organismo modello nella ricerca sulle neuroscienze, il metodo attuale definisce i passaggi specifici necessari per una neurochirurgia stereotassica di successo in questa specie. Oltre all’impianto di array di registrazione, come descritto nel presente metodo, la stessa tecnica può essere adattata per molti altri scopi sperimentali, compreso l’impianto di elettrodi stimolanti per il trattamento delle malattie¹⁸ o la guida causale comportamento del circuito¹⁹; l’impianto di cannule guida per l’estrazione e la quantificazione dei neurotrasmettitori²⁰, iniezioni di reagenti, compresi quelli per^{l’induzione} di modelli di malattia 12 o per studi di tracciamento del circuito¹⁵; ablazione di regioni tissutali discrete²¹; impianto di optrodes per studi optogenetici²²; impianto di finestre ottiche per l’analisi microscopica corticale²³; e l’impianto di array elettrocorticografici (ECoG)²⁴. Pertanto, l’obiettivo generale di questa procedura è quello di delineare i passaggi chirurgici coinvolti nell’impianto di array di microelettrodi per registrazioni elettrofisiologiche croniche in marmoset che si comportano liberamente.