Spettroscopia di risonanza magnetica funzionale a 7 T nella corteccia di canna del ratto durante l'attivazione Whisker
Summary
Dopo aver controllato di sangue-ossigeno-livello-dipendente funzionale imaging a risonanza magnetica (fMRI grassetto) che la corrispondente zona della corteccia somatosensoriale barile campo (chiamata S1BF) è correttamente attivato, il principale obiettivo di questo studio è quello di quantificare il contenuto del lattato fluttuazioni nei cervelli del ratto attivati dalla spettroscopia di risonanza magnetica del protone localizzata (1H-MRS) a 7 T.
Abstract
Spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) offre l’opportunità di misurare cerebrale metabolita contenuto in vivo e non invadente. Grazie agli sviluppi tecnologici nel corso dell’ultimo decennio e l’aumento della resistenza del campo magnetico, è ora possibile ottenere buona risoluzione spettri in vivo nel cervello del ratto. Neuroenergetics (cioè, lo studio del metabolismo del cervello) e, soprattutto, le interazioni metaboliche tra i diversi tipi cellulari hanno attirato sempre più interesse negli ultimi anni. Tra queste interazioni metaboliche, l’esistenza di una navetta di lattato tra neuroni e astrociti è ancora dibattuta. È, quindi, di grande interesse per eseguire spettroscopia di risonanza magnetica funzionale protone (1H-MRS) in un modello del ratto del lattato del monitor e l’attivazione del cervello. Tuttavia, il picco di lattato di metile si sovrappone a picchi di risonanza del lipido ed è difficile da quantificare. Il protocollo descritto di seguito permette metabolico e del lattato di fluttuazioni da monitorare in una zona del cervello attivato. Attivazione cerebrale è ottenuto da stimolo whisker e 1H-MRS è eseguita nella corteccia barile attivato corrispondente, cui area è rilevato usando sangue-ossigeno-livello-dipendente risonanza magnetica funzionale (fMRI grassetto). Tutti i passaggi sono descritti: la scelta di anestetici, bobine e sequenze, raggiungere whisker efficiente stimolazione direttamente nel magnete ed elaborazione dei dati.
Introduction
Il cervello possiede meccanismi intrinseci che consentono la regolazione del suo substrato principale (cioè, glucosio), sia per il suo contributo e il suo utilizzo, a seconda delle variazioni nell’attività cerebrale locale. Anche se il glucosio è il substrato principale di energia per il cervello, gli esperimenti condotti negli ultimi anni hanno indicato quello lattato, che viene prodotta dai astrocytes, potrebbe essere un substrato energetico efficiente per i neuroni. Ciò solleva l’ipotesi di una spola di lattato tra astrociti e neuroni1. Conosciuto come ANLS, per astrociti lattato navetta2, la teoria è ancora altamente dibattuta ma ha portato la proposta che il glucosio, piuttosto che andare direttamente in neuroni, può immettere gli astrociti, dove viene metabolizzato in lattato, un metabolita che è , poi, trasferiti ai neuroni, che lo utilizzano come substrato energetico efficiente. Se una tale navetta esiste in vivo, avrebbe parecchie conseguenze importanti sia per la comprensione di base tecniche di imaging cerebrale funzionale (tomografia a emissione di positroni [PET]) per decifrare le alterazioni metaboliche osservate nelle patologie cerebrali.
Per studiare il metabolismo del cervello e, in particolare, le interazioni metaboliche tra neuroni e astrociti, quattro principali tecniche sono disponibili (non compresi micro-/ nanosensori): autoradiografia, PET, microscopia confocale fluorescente del due-fotone e la signora. Autoradiografia è stato uno dei primi metodi proposti e fornisce immagini dell’accumulo regionale di radioattivo 14C-2-deossiglucosio nelle fette del cervello, mentre rese in vivo immagini PET dell’assorbimento regionale di radioattivo 18 F-deossiglucosio. Entrambi hanno lo svantaggio di utilizzare molecole irradiative, producendo immagini di risoluzione bassa-spaziale. Microscopia del due-fotone fornisce una risoluzione cellulare sonde fluorescenti, ma dispersione della luce dal tessuto limita la profondità di imaging. Queste tre tecniche sono state utilizzate in precedenza per studiare neuroenergetics in roditori durante whisker stimolazione3,4,5,6. In vivo MRS ha il duplice vantaggio di essere non invadente e non radioattivi, e qualsiasi struttura del cervello possa essere esplorato. Inoltre, MRS può essere eseguita durante l’attivazione neuronale, una tecnica chiamata MRS funzionale (fMRS), che è stato sviluppato molto recentemente in roditori7. Pertanto, si propone un protocollo per il monitoraggio del metabolismo cerebrale durante l’attività cerebrale di 1H-MRS in vivo e non invadente. La procedura è descritta in ratti adulti sani con l’attivazione del cervello ottenuto da un soffio di aria whisker stimolo eseguita direttamente in un imager di risonanza magnetica (RM) T 7 ma può essere adattata in animali geneticamente modificati, nonché in qualsiasi condizione patologica .
Protocol
Representative Results
Discussion
La corteccia di canna, chiamata anche S1BF per la corteccia somatosensoriale o un campo di canna, è una regione all’interno dello strato corticale IV che possono essere osservate utilizzando ossidasi del citocromo c colorazione9, e la sua organizzazione è ben nota, poiché è stato ampiamente descritto 10,11. Una vibrissa è connesso a un barile, in cui circa 19.000 neuroni sono organizzati in una colonna12. Il pa…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dalla concessione LabEx TRAIL, riferimento ANR-10-LABX-57 e un francese-svizzero ANR-FNS concedere riferimento ANR-15-CE37-0012. Gli autori ringraziano Aurélien Trotier per il suo supporto tecnico.
Materials
| 0.5 mL syringe with needle | Becton, Dickinson and Company, USA | 2020-10 | 0.33 mm (29 G) x 12.7 mm |
| 1H spectroscopy surface coil | Bruker, Ettlingen, Germany | T116344 | |
| 7T Bruker Biospec system | Bruker, Ettlingen, Germany | 70/20 USR | |
| Arduino Uno based pulsing device | custom made | ||
| Atipamezole | Vétoquinol, S.A., France | V8335602 | Antisedan, 4.28 mg |
| Breathing mask | custom made | ||
| Eye ointment | TVM laboratoire, France | 40365 | Ocry gel 10 g |
| Induction chamber | custom made | 30x17x15 cm | |
| Inlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 3m long |
| Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3 | Surgivet, Harvard Apparatus | WWV90TT | from OH 43017, U.S.A |
| Isoflurane, liquid for inhalation | Vertflurane, Virbac, France | QN01AB06 | 1000 mg/mL |
| KD Scientific syringe pump | KD sientific, Holliston, USA | Legato 110 | |
| LCModel software | LCModel Inc., Ontario, Canada | 6.2 | |
| Medetomidine hydrochloride | Vétoquinol, S.A., France | QN05CM91 | Domitor, 1 mg/mL |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI912 | |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI925 | |
| Monitoring system of physiologic parameter | SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA | Model 1025 | |
| NaCl | Fresenius Kabi, Germany | B05XA03 | 0.9 % 250 mL |
| Outlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 4m long |
| Paravision software | Bruker, Ettlingen, Germany | 6.0.1 | |
| Peripheral intravenous catheter | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SP500930S | 22 G x 1", 0.85×25 mm, 35 mL/min |
| Rat head coil | Bruker, Ettlingen, Germany | ||
| Sodic heparin, injectable solution | Choai, Sanofi, Paris, France | B01AB01 | 5000 IU/mL |
| Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting | Burkert, Germany | 3099939 | Model type 6013 |
| Terumo 2 ml syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SY243 | with 21 g x 5/8" needle |
| Terumo 5 mL syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | 05SE1 | |
| Wistar RJ-Han rats | Janvier Laboratories, France |
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