Extractie en dissectie van het gedomesticeerde varkensbrein
Summary
Dit protocol beschrijft de techniek voor verwijdering van het varkensbrein in zijn geheel en dissectie van verschillende hersengebieden die vaak in de neurowetenschappen worden bestudeerd.
Abstract
Het gebruik van het varken als een preklinisch en vertaalbaar diermodel is goed gedocumenteerd en geaccepteerd door onderzoeksgebieden die cardiovasculaire systemen, gastro-intestinale systemen en voeding onderzoeken, en het varken wordt steeds vaker gebruikt als een groot diermodel in de neurowetenschappen. Bovendien is het varken een geaccepteerd model om neuroontwikkeling te bestuderen, omdat het hersengroei- en ontwikkelingspatronen vertoont die vergelijkbaar zijn met wat er bij mensen gebeurt. Als een minder gebruikelijk diermodel in de neurowetenschappen, zijn chirurgische en dissectieprocedures bij varkens misschien niet zo bekend of goed geoefend onder onderzoekers. Daarom kan een gestandaardiseerd visueel protocol met consistente extractie- en dissectiemethoden waardevol zijn voor onderzoekers die met het varken werken. De volgende video toont een techniek om de varkenshersenen te verwijderen terwijl de cortex en hersenstam intact blijven en bekijkt methoden om verschillende algemeen onderzochte hersengebieden te ontleden, waaronder de hersenstam, cerebellum, midbrain, hippocampus, striatum, thalamus en mediale prefrontale cortex. Het doel van deze video is om onderzoekers de tools en kennis te bieden die nodig zijn om consequent een hersenextractie en dissectie uit te voeren op het vier weken oude varken.
Introduction
Het varken is goed gedocumenteerd en geaccepteerd als een vertaalbaar diermodel voor onderzoek in cardiovasculaire systemen1, gastro-intestinale systemen2, voeding3,4, diabetes5, toxicologie6, en chirurgische technieken7. Het gebruik van het varken in de neurowetenschappen begint toe te nemen, omdat PubMed zoekt naar de trefwoorden “varkensbreindiermodel” resulteert in vier keer meer resultaten van 1996-2005 dan de voorgaande periode van 10 jaar8, en momenteel nog meer resultaten. Een primaire reden dat de populariteit van het varkensmodel toeneemt, is vanwege de overeenkomsten in groei, structuur en functie van de hersenen in vergelijking met mensen. In vergelijking met het menselijk brein vertoont het varkensbrein vergelijkbare gyrale patronen, vascularisatie en distributie van grijze en witte stof9. Bovendien is het varkensbrein gebruikt bij neuroimagingprocedures, opgeroepen tot potentiële opname en bij het vaststellen van neurochirurgietechnieken8,9. In tegenstelling tot andere diermodellen, echter, het varken en de menselijke ervaring perinatale hersengroei spurt, in tegenstelling tot pre- of postnatale groei spurts. Bij de geboorte wegen het menselijk en varkensbrein respectievelijk ongeveer 27 en 25 procent van hun volwassen hersengewicht, vergeleken met het rattenbrein dat 12 procent van zijn volwassen hersengewicht weegt en het rhesusapenbrein op 76 procent van het volwassen gewicht10.
Een reden waarom het varken slechts langzaam is aangenomen als een diermodel voor neurowetenschappen, is omdat veel onderzoekers in deze context onbekend zijn met het dier. Onderzoekers zijn zich mogelijk niet bewust van het mogelijke gebruik ervan in het veld of kennen mogelijk niet de juiste technieken die nodig zijn om een dergelijk model te gebruiken. Aangezien het gebruik van het varken als biomedisch en preklinisch model aandacht en gebruik in de neurowetenschappen krijgt, is het noodzakelijk om gestandaardiseerde procedures voor weefselverwijdering vast te stellen om een nauwkeurige vergelijking van gegevens tussen studies te garanderen. Hoewel dissectie en chirurgische technieken met betrekking tot het varkensbrein elders zijn gepubliceerd11,12,13, is er behoefte aan eenvoudige en gestandaardiseerde protocollen om varkenshersenweefsel te verzamelen, vooral voor gebruik in biochemische assays. Als zodanig is het doel van deze video om de kennis te bieden die nodig is om onderzoekers in staat te stellen een gestandaardiseerde hersenextractie en dissectie uit te voeren. Deze video illustreert een goede techniek om de varkenshersenen te verwijderen terwijl de cortex en hersenstam intact blijven, en vervolgens methoden te bekijken om verschillende belangrijke hersengebieden te ontleden.
Protocol
Representative Results
Discussion
De hierin beschreven technieken zijn ontworpen voor varkens van ongeveer 4 weken oud. Het is van cruciaal belang om deze stappen onmiddellijk uit te voeren nadat het varken op humane wijze is geëuthanaseerd om ervoor te zorgen dat de integriteit van de hersenweefselstructuur behouden blijft, vooral bij het overwegen van latere biochemische assays. Het is handig om een atlas of vezel16 dissectiegidsen te gebruiken bij het eerste leren van de technieken. Het wordt aanbevolen dat de experimenteerder…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen Jim Knoblauch en Martin-Booth Hodges van het College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences Information Technology and Communication Services erkennen voor hun expertise in het opnemen, opnemen en bewerken van audio en video.
Materials
| #22 Scalpel Blades for #4 Handles | Ted Pella, inc. | 549-4S-22 | |
| 11 1/2" Satterlee Bone Saw | Leica Biosystems | 38DI13425 | |
| 5 1/2" Skull Breaker with Chisel End (Meat Hook) | Leica Biosystems | 38DI37636 | |
| 5-inch Heavy Duty Workshop Bench Vise | Pony | 29050 | |
| Butcher Knife 25cm | Victorinox | 5.7403.25 | Sharpen before use |
| CM40 Light Duty Drop Forged C Clamps | Bessey | 00655BC3120 | |
| Diamond Hone Knife Shaper | Chef’s Choice | 436-3 | |
| Shandon Stainless-Steel Scalpel Blade Handle #4 | ThermoScientific | 5334 | |
| Tissue Forceps | Henry Schein | 101-5132 | |
| Vinyl Dissecting pad | Carolina | 629006 |
References
- Hughes, H. C. Swine in cardiovascular research. Laboratory Animal Science. 36 (4), 348-350 (1986).
- Yen, J. Anatomy of the Digestive System and Nutritional Physiology. Biology of the Domestic Pig. , 31-63 (2001).
- Pond, W. G. Of Pigs and People. Swine Nutrition. , 3-24 (2001).
- Odle, J., Lin, X., Jacobi, S. K., Kim, S. W., Stahl, C. H. The Suckling Piglet as an Agrimedical Model for the Study of Pediatric Nutrition and Metabolism. Annual Review of Animal Biosciences. 2 (1), 419-444 (2014).
- Larsen, M. O., Rolin, B. Use of the Göttingen minipig as a model of diabetes, with special focus on type 1 diabetes research. ILAR Journal. 45 (3), 303-313 (2004).
- Lehmann, H. The minipig in general toxicology. Scandinavian Journal of Laboratory Animal Science. 25, 59-62 (1998).
- Richer, J., et al. Sacrococcygeal and transsacral epidural anesthesia in the laboratory pig. Surgical Radiologic Anatomy. 20, 431-435 (1998).
- Lind, N. M., et al. The use of pigs in neuroscience: Modeling brain disorders. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 31 (5), 728-751 (2007).
- Sauleau, P., Lapouble, E., Val-Laillet, D., Malbert, C. -. H. The pig model in brain imaging and neurosurgery. Animal. 3 (8), 1138-1151 (2009).
- Dobbing, J., Sands, J. Comparative aspects of the brain growth spurt. Early Human Development. 311, 79-83 (1979).
- Aurich, L. A., et al. Microsurgical training model with nonliving swine head. Alternative for neurosurgical education. Acta Cirurgica Brasileira. 29 (6), 405-409 (2014).
- Bassi, T., Rohrs, E., Fernandez, K., Ornowska, M., Reynolds, C. S. Direct brain excision: An easier method to harvest the pig’s brain. Interdisciplinary Neurosurgery. 14, 37-38 (2018).
- Bjarkam, C. R., et al. Exposure of the pig CNS for histological analysis: A manual for decapitation, skull opening, and brain removal. Journal of Visualized Experiments. 122, e55511 (2017).
- Pascalau, R., Szabo, B. Fibre dissection and sectional study of the major porcine cerebral white matter tracts. Anatomia, Histologia, Embryologia. 46, 378-390 (2017).
- McFadden, W. C., et al. Perfusion fixation in brain banking: a systematic review. Acta Neuropathologica Communications. 7, 146 (2019).
- Félix, B., et al. Stereotaxic atlas of the pig brain. Brain Research Bulletin. 49, 1 (1999).
