Stereotaxische chirurgische benadering van micro-injecteren van de caudale hersenstam en het bovenste cervicale ruggenmerg via de Cisterna Magna bij muizen

Standaard stereotaxische chirurgie om hersenplaatsen bij muizen te targeten¹ omvat gewoonlijk fixatie van de schedel met behulp van een set oorstaven en een mondbalk. Coördinaten worden vervolgens geschat op basis van referentieatlassen ^2,3 en schedeloriëntatoren, namelijk bregma (het punt waar de hechtingen van de frontale en pariëtale botten samenkomen) of lambda (het punt waar de hechtingen van de pariëtale en occipitale botten samenkomen; Figuur 1A,B). Via een braamgat in de schedel boven het geschatte doel kan vervolgens het doelgebied worden bereikt, hetzij voor levering van micro-injecties of instrumentatie met canules of optische vezels. Door variatie in de anatomie van deze hechtingen en fouten in de lokalisatie van bregma of lambda ^4,5 varieert de positie van nulpunten ten opzichte van de hersenen van dier tot dier. Hoewel kleine fouten in de targeting, die het gevolg zijn van deze variabiliteit, geen probleem zijn voor grote of nabijgelegen doelen, is hun impact groter voor kleinere interessegebieden die ver verwijderd zijn van de nulpunten in de anteroposterior- of dorsoventrale vlakken en / of bij het bestuderen van dieren van verschillende grootte als gevolg van leeftijd, stam en / of geslacht. Er zijn verschillende extra uitdagingen die uniek zijn voor de medulla oblongata en het bovenste cervicale koord. Ten eerste zijn kleine veranderingen in anteroposteriorcoördinaten geassocieerd met significante veranderingen in dorsoventrale coördinaten ten opzichte van de dura, als gevolg van de positie en vorm van het cerebellum (figuur 1Bi)^2,6,7. Ten tweede bevindt het bovenste cervicale koord zich niet in de schedel². Ten derde maakt de schuine positie van het achterhoofdsbeen en de bovenliggende laag nekspieren² de standaard stereotaxische benadering nog uitdagender voor structuren die zich in de buurt van de overgang tussen de hersenstam en het ruggenmerg bevinden (figuur 1Bi). Ten slotte zijn veel doelen van belang voor de caudale hersenstam en cervicale navelstreng klein², waarvoor nauwkeurige en reproduceerbare injecties^{nodig zijn 8,9}.

Een alternatieve aanpak via de cisterna magna omzeilt deze problemen. De cisterna magna is een grote ruimte die zich uitstrekt van het achterhoofdsbeen tot de atlas (figuur 1A, d.w.z. het tweede wervelbeen)¹⁰. Het is gevuld met hersenvocht en bedekt met dura mater¹⁰. Deze ruimte tussen het achterhoofdsbeen en de atlas opent zich bij het anteroflexen van het hoofd. Het is toegankelijk door te navigeren tussen de bovenliggende gepaarde buiken van de longus capitis spier, waardoor het dorsale oppervlak van de caudale hersenstam wordt blootgesteld. Regio’s van belang kunnen dan worden gericht op basis van de oriëntatiepunten van deze regio’s zelf als ze zich in de buurt van het dorsale oppervlak bevinden; of door de obex te gebruiken, het punt waar het centrale kanaal uitkomt in de IV-ventrikel, als nulpunt voor coördinaten om diepere structuren te bereiken. Deze aanpak is met succes gebruikt bij verschillende soorten, waaronder de rat¹¹, kat¹², muis ^8,9 en niet-menselijke primaat¹³ om zich te richten op de ventrale ademhalingsgroep, medullaire mediale reticulaire formatie, de kern van het solitaire kanaal, gebied postrema of hypoglossale kern. Deze aanpak wordt echter niet op grote schaal gebruikt, omdat het kennis van anatomie, een gespecialiseerde toolkit en meer geavanceerde chirurgische vaardigheden vereist in vergelijking met de standaard stereotaxische benadering.

Hier beschrijven we een stapsgewijze chirurgische aanpak om de hersenstam en het bovenste cervicale koord te bereiken via de cisterna magna, oriëntatiepunten te visualiseren, het nulpunt in te stellen (figuur 2) en doelcoördinaten te schatten en te optimaliseren voor stereotaxische afgifte van micro-injecties in de discrete hersenstam- en ruggenmerggebieden van belang (figuur 3). Vervolgens bespreken we de voor- en nadelen van deze aanpak.