多鼠神经解剖学磁共振成像

摘要

磁共振成像（MRI）已成为一个日益流行的工具，用于研究的转基因小鼠的表型。本文介绍了必要的方法来实现高通量基因改变使用多个鼠标MRI小鼠的表型。

摘要

鼠标与磁共振成像（MRI）的表型领域正在迅速增长，出于表征和评价人类疾病的小鼠模型需要改进的工具。 MRI是一个出色的方式调查基因改变的动物。它能够覆盖全脑，可在体内 ，并提供了多个调查neuranatomy和生理学的不同方面的对比机制。高场强扫描仪能够扫描多个小鼠的出现，同时，允许新的突变快速表型。

有效鼠标MRI研究的实验设计的许多方面需要注意。在这篇文章中，我们将描述一般的方法来获取鼠标使用系统表型高质量的图像，图像小鼠同时屏蔽发送/接收无线电频率（RF）在一个共同的磁铁线圈（ 博克等，2003） 。我们特别注重解剖分型，已经表现出了许多小鼠模型的影响，在我们的成像中心的高潜力的一个重要的和可访问的应用程序。我们可以提供详细的操作步骤来获得这种图像之前，也有在体内的脑成像（太宰等人 ，2004年）和离体脑成像（春等 ，2007），应注意两个重要的现实考虑。这些在下面讨论。

研究方案

1。多鼠体内的脑功能成像:

环境控制和成像活的动物，几个主要特点时，必须在整个成像会议:1），2麻醉的安全方法）3）生理监测。此外，成像时多个主体同时，有增加的复杂性有关准备和重现性动物的立场，以方便图像配准的易用性和速度。因此，三种主要的自定义组件的设计和制造:加载系统插入到小鼠内MRI射频线圈，感应室，以方便准备和与嵌入式监控平台，导致规范的地位。

加载系统:

鼠标加载系统由两个主要部分:"鼠标配置单元"和"装阵"。鼠标配置单元的主要功能是7千足虫射频线圈（瓦里安核磁共振系统，帕洛阿尔托，加利福尼亚）在磁铁内六角阵列孔的位置。装阵的目的是持有和运输多个小鼠在50毫升的离心管内孔钻通过他们的技巧，让麻醉气体进入。后小鼠麻醉，在磁铁附近准备区域的监控设备的接口，它们是插入修改后的离心管，并安装到加载阵列。安装后所有小鼠，运输和装阵插入磁体和定位，在铁路系统。铁路系统允许情侣用鼠标配置单元的阵列，当推磁铁的孔。当完全插入磁铁，到麻醉输送系统的射频线圈内的离心管码头。与氧气混合的异氟醚是提供鼠标蜂房结束的标本，通过每一个人的线圈沿轴管。这种麻醉气体混合物流入管，过去的小鼠和清除附着回装阵（图1）由一个活跃的单位收集。

感应商会:

由于成像时间可以长达三个小时，最大限度地减少动物的准备时间是至关重要的限制鼠标的接触麻醉。因此，我们开发了一个定制的感应室精简编制过程（图2）。定制的感应室创建一个单一的环境诱导和处理多个小鼠。从丙烯酸构造，感应室selfclosing硅虹膜端口的功能，以尽量减少麻醉剂泄漏，并允许用户访问的内部环境，而不需要特殊的手套。相比传统的面具和一个鼠标的电路，感应室是大到足以容纳到二十只小鼠，并允许自由操纵​​的老鼠没有繁琐管和口罩的附件。单位提供的麻醉气体的流量恒定，这是使用被动清除系统收集。电阻加热元件用于加热室的地板，在制备过程中保持动物的体温。

雪橇:

准备的MRI小鼠的最尴尬和耗时的方面之一是心电图（ECG）电极和直肠温度探头的应用程序。此外，许多传统的电极，如袖口和电极针，发现扭曲动物的姿势，使其难以规范定位。因此，我们设计了一个自定义窗体定位平台装有嵌入式心电图，呼吸和温度探测器称为"雪橇"（美国专利7146936）（图3）。魔术贴紧固件的议案限制被用来限制头部运动。

多鼠体内的脑成像步骤:

1. 所有鼠标的研究需要当地ACC（动物保健委员会），IACUC（机构动物护理和使用委员会）或相当于鼠​​标处理程序批准。
2. 应在生物安全柜（BSC）和MRI检查组的所有程序，如动物识别和称重。动物们转移到一个高温高压灭菌的塑料容器中，运到磁共振成像感应室。
3. 小鼠麻醉在预热感应室使用4％的异氟醚和4升/分钟的氧气。动物完全麻醉，一旦他们无法应对爪子掐。使用头发卸妆（NAIR）如有必要，以提供更好的接触与心电图和温度监测设备已内置入一个自定义的雪橇从胸前的毛皮被删除。夏娃的药膏（泪Naturale PM）是适用于眼睛，以防止干燥，约0.3毫升生理盐水皮下注射，保持水化。
4. 的Gd - DTPA - BMA（OmniScan的）可能如果需要对比增强。如果要使用的Gd - DTPA，将生理盐水（终体积300uL稀释）和单剂量在1毫摩尔/公斤的前议员会议通过IP管理。
5. 小鼠，然后装入个人雪橇，固定头带和幻灯片到不限成员名额50ml的锥形管（图3）。可以一次扫描多达7个活体小鼠。一旦所有的动物都装有生理连接监测，设置在磁铁的异氟醚水平孔，2％，氧气含量为8 L / min的。
6. 锥形管安装到每个射频线圈在磁铁的中心定位孔均匀设计位置小鼠成一个系统的对接（图1）。一旦加载，异氟醚可降低到0.9-2％。整个扫描过程中对每个动物心电图和温度进行监测。在扫描与热空气的过程中，动物保持温暖。
7. 每个三维扫描时间约为3小时。详情如下:2300毫秒和36毫秒TEeff TR快速自旋回波。回声列车1平均长度为8。由此产生的图像分辨率是125微米（图4）。
8. 当扫描完成后，动物是从磁铁中删除和卸载在一个充满温暖的感应与100％氧气室。动物们转移到一个塑料的密封容器和一个BSC下运输。它们被放置在一个温暖的免费笼草案，并允许从麻醉中恢复。

2。多鼠体内的脑功能成像:

固定磁共振成像运动伪影的影响，实现更高的分辨率比实时成像。高分辨率，三维数据集提供极大的灵活性，在提取定量信息，并允许自动图像分析。 16高分辨率MR固定在颅骨的老鼠的大脑在一夜之间扫描会话的数据集的并行采集自定义的射频线圈阵列。

16线圈离体脑成像阵列:

图像16样品同时创建一个定制的16线圈电磁阵列。这种设计改善后，同时在60毫米插入梯度设置用于图像的三个样本的早期原型。 8圈电磁线圈，两端在伤口内提供10％的统一灵敏度超过了26毫米长度和模块化车厢"（Idziak和Haeberlen，1982年）内单独屏蔽。 16线圈车厢组装一帧（图5），仓内的梯度线圈和夹具，使用气动膀胱，以尽量减少运动。

多鼠体内的脑成像步骤:

1. 打开胸腔，并插入进针麻醉小鼠的心脏的左心室（或安全翼输液器，25G X 3 / 4）（通过腹腔注射氯胺酮（150毫克/公斤）和甲苯噻嗪（10毫克/公斤） 。切右耳廓。
2. Transcardiac灌注冲洗，用30 mL室温1 X PBS + 1μg/ ml肝素（1000美国药典单位/ ml）+ 2个MM在大约100毫升/小时的流量ProHance。
3. 用30 mL 4％PFA固定通（室温）+ 2 100毫米ProHance毫升/小时。
4. 斩首和清除皮肤，下颌，耳朵，鼻尖软骨。
5. 广场余下的头骨结构在4％煤灰+ 2毫米ProHance一夜之间在4 ° C。
6. 转移到1X PBS + 0.02％的叠氮化钠+ 2毫米ProHance。
7. 高分辨率三维7特斯拉的核磁共振扫描之间发生4天，不长于2.5个月后灌注。大脑是放置在一个16通道的电磁线圈阵列（图5）。
8. 成像参数如下:快速自旋回波与TR 325毫秒和30毫秒，回声6列车4平均长度TEeff。最终图像有一个各向同性分辨率为32微米（图6），扫描时间约12小时。
9. 扫描后，将10％的福尔马林头骨+ 2毫米保存ProHance。

3。代表性的成果:

图1，鼠标装载系统。 "装阵"和"鼠标蜂房"与常见的玻璃纤维的铁路系统连接。

图2感应室。

图3 A）的雪橇，显示嵌入式监测传感器和头枕。 B）与麻醉鼠标头枕上雪橇附后。雪橇大会很容易滑入离心管。

图4。 在体内多发性脑图像的代表，从一个3小时的三维扫描。

图5:16通道扫描16个固定的大脑标本的电磁线圈阵列。

图6代表前体内的脑图像。

讨论

都在体内和体外鼠标成像系统图像的多个一次科目增加，恕不成像研究的吞吐量大大提高了成像时间。 在体内和体外多鼠标成像技术的脑图像质量高，适合表型分别在小鼠大脑中的主要和次要结构。

为了尽量减少动物多个标本的准备时间，并行化的进程是非常重要的。例如，允许同时多个标本感应感应室的发展，并雪橇同步心电图和温度探测器的应用，而规范的身体定位。此外，我们的前活体成像系统，使我们能够获得高分辨率的16个固定的整个大脑的三维图像，在同一时间，这是适合于高通量分型研究。

在活体成像系统包括可能限制我们无法单独控制每个鼠标的麻醉剂和温度。如果需要个别麻醉控制，可以实现与每个鼠标专用麻醉喷雾器此外。 活体成像系统中的另一个限制是，扫描限制小于约32克的老鼠。然而，目前的计划，增加线圈的大小，以容纳较大的动物。

材料

Material Name	Type	Company	Catalogue Number	Comment
Name	Company	Catalog Number	Comments
Isoflurane, USP (AErrane)		Baxter	CA2L9108
NAIR		Church & Dwight Canada Corp.
Tears Naturale P.M.		Alcon	DIN 02082519
Omniscan (gadodiamide injection USP)		GE healthcare	J-110A
Custom Sleds		Dazai Research Instruments
PBS w/o Ca and Mg		Wisent	311-010-CL
Heparin 10000USP/10ml		Pharmaceutical Partners of Canada	DIN 02264315
ProHance (gadoteridol injection USP)		Bracco Diagnostics	11181
Parafolmadehyde (powder)		Sigma	P-6148-500g
Sodium Azide		Fisher	S227-100
Formalin 10%		Fisher	SF100-4