外科的方法は、新生児ラットにおいて腹側頭骨を露出させるために記載されている。このアプローチを使用すると、麻酔仔の脳幹における急性電気生理学及び二光子顕微鏡実験を行うために開頭術を開くことが可能である。
in vivo実験のために開頭の使用は、成人期に、哺乳動物の脳内に、開発時に多様な細胞過程の動態を調査する機会を提供する。 インビボアプローチでは、最も背側に位置する脳の領域を研究するために開頭術を使用しているが、腹側に位置するような橋のような脳幹領域は、比較的代役残る。このプロトコルの主な目標は、電気生理学的およびイメージングの方法を用いてin vivoで試験することができるように、腹側脳幹構造体へのアクセスを容易にすることである。このアプローチは、長い範囲の軸索、単一細胞のアンサンブルにおける電気的活動のパターン、および新生児動物における血液脳関門の透過性の変化における構造変化の研究を可能にする。このプロトコルは、新生児ラットにおいて聴性脳幹を研究するために主に使用されてきたが、それは容易に、例えば、新生児マウスのような他のげっ歯類での研究に適合させることができる、成体ローデンTSと他の脳幹領域。
蛍光イメージングおよび電気生理学の技術と組み合わせて開頭術の使用は、監視血流、血液脳関門透過性および生きた動物1-3のニューロンおよびグリア細胞の活性を測定することを可能にする。いくつかの研究室では、健康と病気の状態の脳生理学への洞察を提供するために、このアプローチを使用しているが、ギャップがこれらのプロセスは、開発中に発生するかについての我々の理解にとどまる。さらに、ほとんどの研究は、多様な生理的役割を有する腹側脳幹構造はex vivoでのアプローチを用いて主に研究されているように、頭蓋骨の背側表面から容易にアクセス可能である脳領域に焦点を当てている。
このプロトコルの主な目的は、齧歯動物の腹側頭骨に開頭術を開くための方法を提供することである。このアプローチは、このような感覚神経生理学のRECOのための犬や猫などの大型哺乳類で行われ、古典的研究から適応されました聴性脳幹4-7のrdings。このプロトコルではしかしながら、新生児動物において処置を行うの新規な課題がある。血管系のランドマークを使用して、この適応プロトコルは、新生児ラット、成体マウスおよび下オリーブ8月11日 ( 図1)のような他の脳幹領域の聴性脳幹を研究するために以前に使用されています。
腹側脳幹核を研究するために、既存の方法よりも腹側開頭術の主な利点は、生きている動物への関心の構造に直接アクセスを提供することである。例えば、上オリーブ複合体の聴細胞、プローブの標的の配置および撮像深さは0.5 [mm]に限定することができる二光子イメージングアプローチを使用するために重要である脳表面から数十マイクロメートルに局在している光組織の散乱·吸収。腹開頭もWH、比較的無傷で神経接続と準備を提供していますICHは、急性および器官スライス標本12で破壊されています。 in vivoでの神経生理学実験13のための他のプロトコルとは対照的に、腹側アプローチは、細胞アンサンブル( 図6および7)についての情報を提供する多電極記録及び撮像方法と組み合わせることができる。最後に、このプロトコルと組み合わせて、蛍光標識された溶質を溶質の血液脳関門の透過性の変化( 図8)を測定する脈管構造に注入することができる。
時間は重要である。経験を積んだ研究者は(1-3ステップ)1時間で、このプロトコルを完了することができるはずです。異なる工程について記載されている時間は、専門性の高いレベルにメディアを前提としています。貧弱な換気制御、動物の窒息死につながることができるため、適切かつタイムリーな気管切開や挿管は、重要である。間違いが動物の制御されない出血や死につながる可能性があるため、筋肉や脂肪組織の慎重な隙間も非常に重要です。カニューレ挿入のために頸動脈を調製する場合、スレッド結び目に緩みが制御されない出血が起こるとなった場合同様に、人は、慎重に動脈を締めて切断する必要がある。最後に、開頭は、血管系のランドマークを中断することなく、慎重になされるべきである。外部髄膜層(硬膜)の不注意な除去は、重度の出血や動脈供給の損傷につながることができます。
換気設定は、動物の年齢に応じて選択される。ほとんどの商業的供給者は、そのような設定に関する有用な情報を提供する。 P15より古いラットでの実験は、大型動物人工呼吸器の使用が必要になります。大人の動物はケタミン/キシラジンで麻酔した場合、換気を必要としないかもしれませんが、挿管は、気管に入る流体を避けることをお勧めします。
このプロトコルの主な制限は、一つの実験は、急性のみ行うことができることである。当研究室では、2つの間と10時間まで持続する実験を行った。第2の制限は、実験は麻酔下で実施しなければならないことである。そのため、麻酔薬の選択は、実験の計画·設計する際に考慮すべき重要な変数である。関連する問題は、新生児動物は、過剰投与に特に敏感であることである。例えば、ケタミン/キシラジンミックスを選択する場合には、子犬の体重に基づいて投与量の計算と最大音量の⅓で薬物を投与。つま先のピンチrで5〜10分毎の動物の状態を確認してくださいesponse。イソフルランを使用している場合は、予防措置にも研究者(適切な換気、および適切に校正気化器)用の安全な環境を維持するために必要とされています。
実体顕微鏡視野角を調整し、二光子顕微鏡に電極および動物の再配置を配置する空間クリアランスを促進するためにフレキシブルホルダに取り付けることができる。人工呼吸器に電力を供給するバッテリーを使用すると、動物の移動を容易にし、電気生理学的実験の間に電気的なアーティファクトを減らすことができます。この目的のために、小さなブレッドボード(7.5×12インチ)人工呼吸器、加温パッド及び麻酔した動物(図2a)を一緒に組み立てるために使用することができる。このセットアップに有用かつ重要な変更は、手術中のバイタルサインを監視する装置の追加である。オキシメータまたは他の類似のデバイスは、実験室の予算に応じて使用することができる。
このプロトコルは、会った電気生理学とイメージングで使用されていますパッチクランプ記録8,10,11、polytrode記録( 図7)、および二光子イメージング9を含むhods、( 図6および8)。一つの可能な将来のアプリケーションは、電気生理学的記録16のため、蛍光標識された細胞を標的とするために、これらの方法を組み合わせることであろう。
新しいイメージングアプリケーションは、2次元または二光子顕微鏡を用いた3-Dの時系列を含むことができる。例えば、脳幹神経細胞およびグリア細胞集団の活性を研究するためにカルシウム指示薬のボーラス負荷を用いた。 図8に示すように、頸動脈を介して血液循環に注入された色素溶液は、脳血管系の高コントラスト画像を生成するために使用することができる。蛍光色素が微小血管の内腔を満たし、周囲の組織の中に広がるように、溶質拡散coefを、血液脳関門の見かけの溶質透過率を算出するだけでなく、使用することができる脳組織3でficient。頸動脈を経由して、蛍光標識された溶質を注入するための一つの主な理由は、色素溶液を直接尾静脈注射のように最初の心臓に行かずに、脳内の微小血管に行くことができるということです。これは、少なくとも二つの利点をもたらす。一つは、灌流速度をカニュレーション部位に固定されている場合、微小血管内腔の蛍光色素濃度が実質的に一定であることである。これは、血液脳関門の透過性の正確な決定を保証する。もう一つは、試験剤が灌流液に含まれている場合、それが直接体内循環から他の要因で希釈または結合されずに血液脳関門に行くことである。
新しい実験はまた、遺伝的にコード化された蛍光レポーターでトランスジェニック動物を利用することができる。これは(蛍光プローブは、 その場でロードする必要がないことの利点を提供しない限り、実験の設計そうでない状態)、時間を節約し、おそらく、より完全な製剤( 例頭蓋窓17)を可能にする。
最後に、実験は、下オリーブや顔面運動核として他の脳幹領域で行うことができます。ある種の中で、特定の細胞集団の神経解剖学と開発についての知識は、解剖学的ランドマークが動物が( 図1)成長に合わせて変更されることが特にこの目的に向けて重要であろう。我々は、このプロトコルは、生体内の電気生理学的およびイメージングの方法で使用して腹側脳幹の構造を研究する他の人を奨励したいと考えています。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、NIH / NCRR / RCMIから助成G12-RR003060によってサポートされていました、新市立大学から児童の健康と人間開発、国立科学財団CBET 0754158およびPSC-CUNY 62337から00 40のユーニスシュライバー国立研究所からSC1HD068129を付与ニューヨーク州。
Absorbant pads | Kettenbach | Sugi 31603 | Other options may be available from different companies |
Cautery | Braintree Scientific, INC | GEM 5917 | Other options may be available from different companies |
Tetramethyl rhodamine Isothiocyanate dextran | Sigma | T1287-500MG | Other options may be available from different companies |
Dissecting Chisel | Fine Science Tools | 10095-12 | Other options may be available from different companies |
DiI | Invitrogen | V-22885 | Other options may be available from different companies |
Elastomer | World Precision Instruments | KWIK-SIL | Other options may be available from different companies |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 14060-09 | Other options may be available from different companies |
Forceps | Fine Science Tools | 11027-12,11617-12, 11616-16 | Other options may be available from different companies |
Spring Scissors | Fine Science Tools | 15009-08 | Other options may be available from different companies |
Heating pad | FHC | 40-90-2 | Other options may be available from different companies |
Intubation tubing | Braintree Scientific, INC | BIO CO-KIT | Choose age appropriate size |
Light source | Spach Optics | Schott Ace illuminator | Other options may be available from different companies |
Micro drill | Braintree Scientific, INC | MD-1200 120V | Other options may be available from different companies |
Paper tape | Walgreens | Generic brand | Other options may be available from different companies |
Syringe filter | VWR | 28145-483 | Other options may be available from different companies |
Syringe pump | VWR | 52459-008 | Other options may be available from different companies |
Stereomicroscope | Olympus | SZ61 | Other options may be available from different companies |
Suture | Ethicon | Prolene 86979 | 6-0 size |
Tubing | Braintree Scientific, INC | Micro-Renathane (MRE033); SUBL-120 | Other options depending on pup’s age |
Vaporizer (isoflurane) | Vetequip Incorporated | 911103 | Other options may be available from different companies |
Ventilator (minivent) | Harvard Apparatus | 730043 | Use for P0-P12 rats |