Cirugía estereotaxia para la implantación de matrices de microelectrodos en el Marmoset común (Jacchus Callithrix)
Summary
Este trabajo presenta un protocolo para realizar una implantación estereoquirúrgica y neuroquirúrgica de matrices de microelectrodos en el marmoset común. Este método permite específicamente grabaciones electrofisiológicas en animales que se comportan libremente, pero se puede adaptar fácilmente a cualquier otra intervención neuroquirúrgica similar en esta especie (por ejemplo, cánula para administración de fármacos o electrodos para estimulación cerebral).
Abstract
Los marmosets(Callithrix jacchus)son pequeños primates no humanos que están ganando popularidad en la investigación biomédica y preclínica, incluyendo las neurociencias. Filogenéticamente, estos animales están mucho más cerca de los seres humanos que los roedores. También muestran comportamientos complejos, incluyendo una amplia gama de vocalizaciones e interacciones sociales. Aquí, se describe un procedimiento neuroquirúrgico estereotaxico eficaz para la implantación de matrices de electrodos de grabación en el marmoset común. Este protocolo también detalla los pasos pre y postoperatorios del cuidado de los animales que se requieren para realizar con éxito una cirugía de este tipo. Por último, este protocolo muestra un ejemplo de potencial de campo local y registros de actividad de pico en un marmoset de trabajo libre 1 semana después del procedimiento quirúrgico. En general, este método proporciona una oportunidad para estudiar la función cerebral en marmosets despiertos y de comportarse libremente. El mismo protocolo puede ser fácilmente utilizado por los investigadores que trabajan con otros primates pequeños. Además, se puede modificar fácilmente para permitir otros estudios que requieren implantes, como electrodos estimulantes, microinyecciones, implantación de optrodes o cánulas guía, o ablación de regiones de tejido discretas.
Introduction
Los marmostes comunes (Callithrix jacchus) están ganando reconocimiento como un organismo modelo importante en muchos campos de la investigación, incluyendo la neurociencia. Estos primates del nuevo mundo representan un importante modelo animal complementario tanto para roedores como para otros primates no humanos (NCP), como el macaco rhesus. Al igual que los roedores, estos animales son pequeños, fáciles de manipular y relativamente económicos para cuidar y criar1,2,3,4,en comparación con los NCP más grandes. Además, estos animales tienen una propensión al hermanamiento y alta fecundidad en relación con otros NCP1,2,3. Otra ventaja que tiene el marmoset sobre muchos otros primates es que las herramientas modernas de biología molecular3,4,5,6,7 y un genoma secuenciado2 ,3,4,5,8 se han utilizado para modificarlos genéticamente. Tanto los animales que llaman con lentivirus5,como los animales noqueados que utilizan nucleasas de dedos de zinc (ZFN) y las nucleasas de efector similares a los activadores de transcripción (TALENS)7,han producido animales fundadores viables.
Una ventaja en relación con los roedores es que los marmotas, como primates, están filogenéticamente más cerca de los seres humanos3,5,6,9,10,11. Al igual que los seres humanos, los marmosets son animales diurnos que dependen de un sistema visual altamente desarrollado para guiar gran parte de su comportamiento10. Además, los marmosets exhiben complejidad conductual, incluyendo una amplia gama de comportamientos sociales como el uso de diferentes vocalizaciones3,permitiendo a los investigadores abordar preguntas que no son posibles en otras especies. Desde una perspectiva neurocientífica, los marmosets tienen cerebros lissencefalia, a diferencia del más comúnmente utilizado rhesus macaque9. Además, los marmosets tienen un sistema nervioso central similar a los humanos, incluyendo una corteza prefrontal más desarrollada9. Juntos, todas estas características posicionan los marmosets como un modelo valioso para estudiar la función cerebral en la salud y la enfermedad.
Un método común para estudiar la función cerebral consiste en implantar electrodos en lugares anatómicamente específicos mediante neurocirugía estereoonópica. Esto permite el registro crónico de la actividad neuronal en diferentes áreas objetivo en animales despiertos y que se comportan libremente12,13. La neurocirugía estereoócica es una técnica indispensable utilizada en muchas líneas de investigación, ya que permite la focalización precisa de las regiones neuroanatómicas. En comparación con la literatura de macacos y roedores, hay menos estudios publicados que describen la neurocirugía estereotaxia específica del marmoset, y tienden a proporcionar detalles escasos de los pasos involucrados en la cirugía. Por otra parte, aquellos con mayor detalle se centran principalmente en los procedimientos para el registro de electrofisiología en animales restringidos por la cabeza14,15,16,17.
Con el fin de facilitar una adopción más amplia de los marmotas como organismo modelo en la investigación de la neurociencia, el presente método define los pasos específicos necesarios para una neurocirugía estereotaxia exitosa en esta especie. Además de la implantación de matrices de grabación, como se detalla en el método actual, la misma técnica puede adaptarse para muchos otros fines experimentales, incluida la implantación de electrodos estimulantes para el tratamiento de enfermedades18 o la conducción causal comportamiento del circuito19; implantación de cánulas guía para la extracción y cuantificación de neurotransmisores20, inyecciones de reactivos, incluyendo los de inducir modelos de enfermedad12 o para estudios de rastreo de circuitos15; ablación de regiones de tejidos discretos21; implantación de optrodes para estudios optogenéticos22; implantación de ventanas ópticas para análisis microscópico cortical23; e implantación de matrices electrocorticográficas (ECoG)24. Por lo tanto, el objetivo general de este procedimiento es esbozar los pasos quirúrgicos involucrados en la implantación de matrices de microelectrodos para grabaciones electrofisiológicas crónicas en marmosets de comportarse libremente.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este trabajo proporciona una descripción detallada de los procedimientos involucrados en la implantación de matrices de registro de microelectrodos en el cerebro de la marmalseta. Este mismo protocolo se puede utilizar fácilmente al implantar electrodos, ya sean caseros o disponibles comercialmente, en otros primates pequeños. Además, se puede adaptar fácilmente para otros extremos experimentales que requieren una focalización precisa de las estructuras cerebrales. Por lo tanto, este protocolo es deliberadamente v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores quieren agradecer a Bernardo Luiz por su asistencia técnica en el rodaje y la edición. Esta obra fue apoyada por el Instituto Santos Dumont (ISD), el Ministerio de Educación de Brasil (MEC) y la Coordenaéo de Aperfei-oamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Materials
| Equipments | |||
| 683 Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus, Inc. | 55-0000 | |
| Anesthesia Assembly | BRASMED | COLIBRI | |
| Barber Clippers | Mundial | HC-SERIES | |
| Dental Drill | Norgen | B07-201-M1KG | |
| Homeothermic Heating Pad and Monitor | Harvard Apparatus, Inc. | 50-7212 | |
| Marmoset Stereotaxic Frame | Narishige Scientific Instrument Lab | SR-6C-HT | |
| Patient Monitor and Pulse Oximeter | Bionet Co., Ltd | BM3 | |
| Stereotaxic Micromanipulator | Narishige Scientific Instrument Lab | SM-15R | |
| Surgical Microscope | Opto | SM PLUS IBZ | |
| Instruments | |||
| Allis tissue forceps | Sklar | 36-2275 | |
| Alm Retractor, rounded point, 4×4 teeth | Rhosse | RH11078 | |
| Angled McPherson Forceps | Oftalmologiabr | 11301A | |
| Curved Surgial Scissors | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8422 | |
| Curved Tissue Forceps | Sklar | 47-1186 | |
| Delicate Dissection forceps | WPI | WP5015 | |
| Dental Drill Bit | Microdont | ISO.806.314.001.524.010 | |
| Essring Tissue Forceps | Sklar | 19-2460 | |
| FG 1/4 Dental Drill Bit | Microdont | ISO.700.314.001.006.005 | |
| Halsey Needle Holder | WPI | 15926-G | |
| Halstead Mosquito forceps | WPI | 503724-12 | |
| Hemostatic Forceps, Straight | Sklar | 17-1260 | |
| Jewler Forceps | Sklar | 66-7436 | |
| McPherson-Vannas Optathalmic microscissor, 3 mm point | Argos Instrumental | ARGOS-4004 | |
| Pereosteal Raspatory | Golgran | 38-1 | |
| Scalpal Handle | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8354 | |
| Screwdrivers | Eurotool | SCR-830.00 | |
| Sodering Iron | Hikari | 21K006 | |
| Surgical Scissor | Harvard Apparatus, Inc. | 72-8400 | |
| Toothed forceps | WPI | 501266-G | |
| Disposables/Single Use | |||
| 1 ml sterile syringe with 26 G needle | Descarpack | 7898283812785 | |
| 130 cm x 140 cm surgical field, presterilized | ProtDesc | 7898467276344 | |
| 24G Needle, presterilized | Descarpack | 7898283812846 | |
| 50 cm x 50 cm surgical field, presterilized | Esterili-med | 110100236 | |
| Cotton Tipped Probes, Presterilized | Jiangsu Suyun Medical Materials Co. LTD | 23007 | |
| Cotton tipped Qutips | Higie Topp | 7898095296063 | |
| Electrode Array | Home made | ||
| Endotracheal tube without cuff, internal diameter 2.0 mm, outer diameter 2.9 mm | Solidor | 7898913077201 | |
| Tinned copper wire, 0.15 mm diameter | |||
| M1.4×3 Stainless steel screws | USMICROSCREW | M14-30M-SS-P | |
| Medical Tape | Missner | 7896544910102 | |
| Nylon surgical sutures | Shalon | N540CTI25 | |
| Scalpal Blade, presterilized | AdvantiVe | 1037 | |
| solder | Kester | SN63PB37 | |
| Sterile Saline 0.9% | Isofarma | 7898361700041 | |
| Sterile Surgical Gloves | Maxitex | 7898949349051 | |
| Sterile Surgical Gown | ProtDesc | 7898467281208 | |
| Surgical Gauze, 15 cm x 26 cm presterilized | Héika | 7898488470315 | |
| Gelfoam | Pfizer | ||
| Drugs/Chemicals | |||
| 0.25mg/ml Atropine | Isofarma | ||
| 10% Lidocaine Spray | Produtos Químicos Farmacêuticos Ltda. | 7896676405644 | |
| 2.5% Enrofloxacino veterinary antibiotic | Chemitec | 0137-02 | |
| Dexametasona Veterinary Anti inflammatory | MSD | R06177091A-00-15 | |
| Hydrogen Peroxide | Farmax | 7896902211537 | |
| Isoflourane | BioChimico | 7897406113068 | |
| Jet Acrylic polymerization solution | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Jet Auto Polymerizing Acrylic | Artigos Odontológicos Clássico | ||
| Ketamine 10% | Syntec | ||
| Lidocaine and Phenylephrine 1.8 ml local anesthetic | SS White | 7892525041049 | |
| Povidone-Iodine solutiom | Farmax | 7896902234093 | |
| Riohex 2% surgical Soap | Rioquímica | 7897780209418 | |
| Silver Paint | SPI Supplies | 05002-AB | |
| Tramadol chloride 50 mg/ml | União Química | 7896006245452 | |
| Refresh gel (polyacrylic acid) | Allergan |
References
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