Farelerde kontrastlı MR ile optik sinir lifi Dürüstlük İn vivo
Summary
Bu video naif fare görsel projeksiyon kontrastlı MR görüntüleme ve akut optik sinir ezilme yaralanma ve kronik optik sinir dejenerasyonu ile ilişkili optik sinir dejenerasyonu tekrarlayan ve uzunlamasına in vivo çalışmalar için, bir klinik 3 T tarayıcı kullanarak, bir yöntemi göstermektedir knock-out fareler (p50 KO).
Abstract
Kemirgen görme sistemi görsel kortekse talamik ve orta beyin merkezleri ve postsinaptik projeksiyonlar girmek için optik siniri oluşturmak retina ganglion hücreleri ve aksonlar kapsar. Onun farklı anatomik yapısı ve kullanışlı erişilebilirlik dayanarak, nöronal hayatta, aksonal rejenerasyon ve sinaptik plastisite üzerindeki çalışmalar için tercih edilen bir yapı haline gelmiştir. MR görüntülemede son gelişmeler manganez aracılı kontrast (MEMRI) kullanarak bu projeksiyon Retino-tectal kısmının in vivo görselleştirme sağladı. Burada, (200 mikron) 3 ortak çözünürlükleri 3 Tesla tarayıcı kullanılarak elde edilebileceği farelerde görsel projeksiyonu, gösterilmesi için bir MEMRI protokol mevcut. Biz 15 nmol MnCl 2, tek bir dozaj intravitreal enjeksiyonu 24 saat içinde sağlam çıkıntının doymuş bir donanıma yol gösterilmektedir. Retina hariç, sinyal yoğunluğundaki değişiklikler vardır gözetmeden,çakıştı görsel uyarılma ya da fizyolojik yaşlanma göçük. Biz daha akut optik sinir hasarına yanıt olarak aksonal dejenerasyon izlemek boylamasına için bu tekniği uygulamak, bir paradigma lezyon yerinde hangi Mn 2 + ulaşım tamamen tutuklamalar tarafından. Bunun aksine, aktif Mn + 2 taşıma canlılığı, sayı ve akson lif elektriksel aktivitenin kantitatif orantılıdır. Böyle bir analiz için, görsel, projeksiyonlar dahil duyusal spontan atrofi gösteren transgenik fare modelinde (NF-KB p50 KO) görsel yol boyunca Mn 2 + taşıma kinetik örneklemektedir. Bu farelerde, MEMRI azalır fakat böylece NF-KB mutasyonlar ile yapısal ve / veya fonksiyonel bozukluğu belirtileri ortaya, yabani tip farelere kıyasla Mn + 2 taşıma gecikmeli olmadığını gösterir.
Özetle, MEMRI uygun in vivo analizlerde köprü ve characterizati için mortem histoloji gönderebilirsinir lifi bütünlüğü ve aktivite üzerinde. Bu aksonal dejenerasyon ve rejenerasyon, ve hakiki veya uyarılabilir fenotipleri için mutant farelerin soruşturmalarla ilgili uzunlamasına çalışmalar için son derece yararlıdır.
Introduction
Onun olumlu nöro-anatomik yapısına dayalı kemirgen görme sistemi nöro 1 ya da pro-rejeneratif etkileri 2,3 arabuluculuk farmakolojik bileşikler ve kabiliyetlerini değerlendirmek için benzersiz olanaklar sunuyor. Ayrıca, son zamanlarda presinaptik iskele proteini Bassoon 4 eksik fareler için açıklandığı gibi, fare mutantlarının işlevsel ve nöro-anatomik özelliklerinden çalışmalar sağlar. Bundan başka, yardımcı araçları bir geniş spektrumlu elektroretinografi ve davranışsal testler ve içsel sinyallerinin optik görüntüleme kortikal yeniden düzenlemelerin belirlenmesi ile, örneğin, retinal ganglion hücre (RGC) ve RGC akson sayı hem de RGC aktivitesi, ilave bir özelliği elde edilir. Lazer mikroskopi son teknik gelişmeler, optik sinirin (ON) ve beynin bütün montaj örneklerinde derin doku floresan görüntüleme ile RGH yenilenme yerinde görselleştirme sağlar. Bu histolojik araştırma olarakical yaklaşım, hafif levha floresan mikroskobu ile birlikte tetrahidrofuran merkezli doku temizleme deafferented ON ve optik sisteminde 5 içine yeniden girmek tek liflerin çözünürlüğünü verir. Bu tür teknikler çözünürlük ve büyüme modelleri belirlenmesinde üstün olabilecek iken, onlar özellikle uzun süreli yenilenme sürecini değerlendirmek için istenen bireysel gelişim olayları, tekrarlayıcı ve boyuna analizlerini mümkün değil.
Kontrastlı MR fareler ve sıçanlarda 6,7 Retino-tectal projeksiyon minimal invaziv görselleştirme için istihdam edilmiştir. Bu retinal hücrelere paramanyetik iyonlar (örneğin, Mn + 2) doğrudan teslimat göz içi ile elde edilebilir. Bir kalsiyum analog olarak, Mn 2 + voltaj kapılı kalsiyum kanalları aracılığıyla RGH somata içine dahil edilir ve aktif sağlam ON ve optik sistemin aksonal hücre iskeletinin boyunca taşınır. O beyin çekirdekleri birikir iseo 10,11 oluşabilir rağmen görsel projeksiyon, lateral genikülat çekirdeği (LGN) ve üstün kollikulusu (SC), yani primer görsel korteks içine transsinaptik yayılımı, 8,9 önemsiz görünür. MR dizileme altında, paramanyetik Mn 2 + esas t 1 spin-örgü durulma zamanı 12 kısaltarak MR kontrast artırmaktadır. Böyle Mn 2 + MRI (MEMRI) başarıyla ON yaralanma 13,14 sonrası aksonal rejenerasyon ve dejenerasyon değerlendirmesi dahil sıçanların çeşitli nöro-anatomik ve fonksiyonel çalışmalarda, tatbik edilmiştir gelişmiş, Retino-tectal projeksiyon 15 hassas anatomik haritalama , hem de farmakolojik tedavi sonrası 16 aksonal taşıma özelliklerinin belirlenmesi gibi. Mn + 2 alımı ve nakil nöronal, yanı sıra geliştirilmiş MRI protokollerin doz, toksisite ve kinetik olarak son refinements Transjenik ilgili çalışmalara uygulanmasını genişletmiştiryaygın klinik pratikte 17 kullanılan 3 Tesla tarayıcıları kullanarak fareler 9.
Burada, biz fare Retino-tectal projeksiyon in vivo görüntüleme boyuna uygun bir MEMRI protokol mevcut ve naif ve çeşitli nörodejenerasyon koşullarda Mn 2 + bağımlı sinyal donanımı değerlendirerek uygulanabilirliğini örneklemek. Bizim protokol genellikle özel hayvan tarayıcılar daha erişilebilir bir ılımlı 3 T manyetik alan MR veri toplama belirli bir önem vermektedir. Naif farelerde, sistem özel sinyal yoğunluğu büyük ölçüde yeniden üretilebilir ve intravitreal (ivit) 2 Mn + uygulama sonrası artış olmak ne kadar göstermektedir. Kantitatif, görsel projeksiyon boyunca Mn 2 + yayılım (3 ve 26 aylık farelerin arasında ölçülen) normal yaşlanma sürecinin bağımsız oluşur ve güçlendirme karanlığa görsel uyarı ve adaptasyon dirençlidir. Buna karşılık, Mn <stalamik ve orta beyin merkezlerinde> 2 + zenginleştirme ezilme yaralanması 18 ON akut yanı sıra nfkb1 knock-out farelerde spontan apoptotik RGH ölümden ve dejenerasyon 19 ON acı (p50 KO) takip azalır. Bu nedenle, geleneksel histolojik analiz için genişleme, bireysel hayvanların uzunlamasına MEMRI analizi nörodejeneratif süreçleri tek kinetiği profil sağlar. Bu farmakolojik veya genetik müdahalelerle ilgili nörokorunma ve aksonal rejenerasyon üzerine çalışmaları için yararlı olmalıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Görsel sistemin MEMRI naif ve patolojik şartlar altında işlevselliğini değerlendirmek için geleneksel nörobiyolojik teknikleri uzanır. Apart izole MSS fiber sistemin bütünlüğü içine benzersiz bir fikir sağlamasının, MEMRI kolayca görsel algı için belirli bir paradigmanın derhal sonuçlarını araştırmak, davranış örneğin testleri, Optometri ve görsel tabanlı su görevleri ile takviye edilebilir. Ayrıca elektrofizyolojik ve in vivo fonksiyonel görsel tanımlanması ile hi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AK Velux Vakfı tarafından desteklenen Oppenheim Vakfı ve RH tarafından desteklenmektedir. Biz histolojik destek için teknik ve K. Buder I. Krumbein teşekkür ve TIMM boyama üzerine teknik danışmanlık için J. Goldschmidt (Nörobiyoloji, Magdeburg, Almanya için Leibniz Enstitüsü).
Materials
| Manganese (II) chloride solution 1M | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | M1787 | MEMRI contrast reagent |
| Conjuncain | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 7617666 | 0.4% oxybuprocaine hydrochloride |
| Floxal eye drops | Dr. Mann Pharma, Berlin, Germany | PZN 3820927 | 3 mg/ml ofloxacin |
| Ointment panthenol | Jenapharm, Jena, Germany | PZN 3524531 | |
| Chloral hydrate | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | C8383 | 420-450 mg/kg body weight |
| Isoflurane | Actavis, Munich, Germany | PZN 7253744 | |
| Hamilton syringe | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 7634-01 | SYR 5 µl, 75 RN, no NDL |
| 34 G needle (34/35/pst4/tapN) | Hamilton Company, Reno, NV, USA | 207434/00 | removable needle RN, 34 gauge, lenght 38.1 mm, point style 4 |
| Binocular Stemi-2000 | Zeiss, Oberkochen, Germany | ||
| 3T MRI scanner Magnetom TIM Trio | Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany | ||
| Rat head coil | Doty Scientific Inc., Columbia, SC, USA | ||
| Mouse holder | custom made | ||
| Red light lamp | |||
| Frozen section medium NEG-50 | Thermo Fisher Scientific, Schwerte, Germany | 6502 | tissue embedding for cryo-sections |
| Sodium dihydrogen phosphate monohydrate (NaH2PO4) | Merck, Darmstadt, Germany | 106346 | for sulfide perfusion |
| Sodium sulfide nonahydrate (Na2S × 9 H2O) | Sigma Aldrich, Taufkirchen, Germany | 208043 | |
| gum arabic | Roth, Arlesheim, Switzerland | 4159 | for TIMM staining |
| Hydroquinone (C6H6O2) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 3586 | |
| Citric acid (C6H8O7) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 6490 | |
| Tri-sodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7 x 2H2O) | Merck, Darmstadt, Germany | 106448 | |
| Silver nitrate (AgNO3) | Roth, Arlesheim, Switzerland | 7908 | |
References
- Kretz, A., et al. Simvastatin promotes heat shock protein 27 expression and Akt activation in the rat retina and protects axotomized retinal ganglion cells in vivo. Neurobiol Dis. 21, 421-430 (2006).
- Lima, S., et al. Combinatorial therapy stimulates long-distance regeneration, target reinnervation, and partial recovery of vision after optic nerve injury in mice. Int Rev Neurobiol. 106, 153-172 (2012).
- Lima, S., et al. Full-length axon regeneration in the adult mouse optic nerve and partial recovery of simple visual behaviors. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 9149-9154 (2012).
- Goetze, B., et al. Vision and visual cortical maps in mice with a photoreceptor synaptopathy: reduced but robust visual capabilities in the absence of synaptic ribbons. Neuroimage. 49, 1622-1631 (2010).
- Luo, X., et al. Three-dimensional evaluation of retinal ganglion cell axon regeneration and pathfinding in whole mouse tissue after injury. Exp Neurol. 247, 653-662 (2013).
- Pautler, R. G., et al. In vivo neuronal tract tracing using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Magn Reson Med. 40, 740-748 (1998).
- Watanabe, T., et al. Mapping of retinal projections in the living rat using high-resolution 3D gradient-echo MRI with Mn2+-induced contrast. Magn Reson Med. 46, 424-429 (2001).
- Pautler, R. G. In vivo, trans-synaptic tract-tracing utilizing manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). NMR biomed. 17, 595-601 (2004).
- Haenold, R., et al. Magnetic resonance imaging of the mouse visual pathway for in vivo studies of degeneration and regeneration in the CNS. Neuroimage. 59, 363-376 (2012).
- Lindsey, J. D., et al. Magnetic resonance imaging of the visual system in vivo: transsynaptic illumination of V1 and V2 visual cortex. Neuroimage. 34, 1619-1626 (2007).
- Bearer, E. L., et al. Role of neuronal activity and kinesin on tract tracing by manganese-enhanced MRI (MEMRI). Neuroimage. 37, S37-S46 (2007).
- Mendonca-Dias, M. H., et al. Paramagnetic contrast agents in nuclear magnetic resonance medical imaging. Semin Nucl Med. 13, 364-376 (1983).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the optic visual pathway and optic nerve injury in adult rats. J Magn Reson Imaging. 22, 492-500 (2005).
- Sandvig, I., et al. In vivo MRI of olfactory ensheathing cell grafts and regenerating axons in transplant mediated repair of the adult rat optic nerve. NMR biomed. 25, 620-631 (2012).
- Chan, K. C., et al. In vivo retinotopic mapping of superior colliculus using manganese-enhanced magnetic resonance imaging. Neuroimage. 54, 389-395 (2011).
- Chan, K. C., et al. In vivo chromium-enhanced MRI of the retina. Magn Reson Med. 68, 1202-1210 (2012).
- Herrmann, K. H., et al. Possibilities and limitations for high resolution small animal MRI on a clinical whole-body 3T scanner. Magma. 25, 233-244 (2012).
- Villegas-Perez, M. P., et al. Rapid and protracted phases of retinal ganglion cell loss follow axotomy in the optic nerve of adult rats. J Neurobiol. 24, 23-36 (1993).
- Takahashi, Y., et al. Development of spontaneous optic neuropathy in NF-κΒ50-deficient mice: requirement for NF-κΒp50 in ganglion cell survival. Neuropathol Appl Neurobiol. 33, 692-705 (2007).
- Herrmann, K. H. P., et al. MRI compatible small animal monitoring and triggering system for whole body scanners. Z Med Phys. 24, 55-64 (2013).
- Danscher, G., Zimmer, J. An improved Timm sulphide silver method for light and electron microscopic localization of heavy metals in biological tissues. Histochemistry. 55, 27-40 (1978).
- Angenstein, F., et al. Manganese-enhanced MRI reveals structural and functional changes in the cortex of Bassoon mutant mice. Cereb cortex. 17, 28-36 (2007).
- Thuen, M., et al. Manganese-enhanced MRI of the rat visual pathway: acute neural toxicity, contrast enhancement, axon resolution, axonal transport, and clearance of Mn(2). J Magn Reson Imaging. 28, 855-865 (2008).
- Lehmann, K., et al. Vision and visual plasticity in ageing mice. Restor Neurol Neurosci. 30, 161-178 (2012).
- Takeda, A., et al. Manganese transport in the neural circuit of rat CNS. Brain Res Bull. 45, 149-152 (1998).
- Nairismagi, J., et al. Manganese-enhanced magnetic resonance imaging of mossy fiber plasticity in vivo. Neuroimage. 30, 130-135 (2006).
- Smith, K. D., et al. In vivo axonal transport rates decrease in a mouse model of Alzheimer’s disease. Neuroimage. 35, 1401-1408 (2007).
- Berkowitz, B. A., et al. Noninvasive and simultaneous imaging of layer-specific retinal functional adaptation by manganese-enhanced MRI. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 2668-2674 (2006).
- Schnapf, J. L. B. D. A. How photoreceptor cells respond to light. Sci. Am. 256 (8), (1987).
- Yu, X., et al. In vivo auditory brain mapping in mice with Mn-enhanced MRI. Nat Neurosci. 8, 961-968 (2005).
- Sun, S. W., et al. Noninvasive topical loading for manganese-enhanced MRI of the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52, 3914-3920 (2011).
- Sun, S. W., et al. Impact of repeated topical-loaded manganese-enhanced MRI on the mouse visual system. Invest Ophthalmol Vis Sci. 53, 4699-4709 (2012).
