Method Article
这项技术的目的是评估5 - 羟色胺(5-HT)神经递质的功能,在生活和自由呼吸的动物药理磁共振成像(phMRI)和静脉注射一种选择性血清素再摄取抑制剂(SSRI),氟西汀挑战。
药理MRI(phMRI),是一个新的和有前途的方法来研究最终可以被用来解开药物作用和神经递质有关的疾病,如抑郁症和多动症,背后潜在的神经生物学机制的物质对大脑功能的影响。最喜欢的成像方法(PET,SPECT显像,CT),它代表了一种脑部疾病的调查进展和相关功能的非侵入性的方式,在尊重整体的神经元连接的神经递质途径。此外,还提供翻译临床研究的理想工具。 MRI检查,同时仍然落后分子成像战略PET和SPECT相比,具有很大的优势,具有较高的空间分辨率和无需注射对比剂或放射性标记的分子,从而避免了重复暴露于电离辐射。功能磁共振成像(fMRI)技术被广泛用于研究和临床设置,它是generally结合与心理电机的任务。 phMRI是一个适应的功能磁共振成像使一个特定的神经递质系统,如五羟色胺(5-HT)的生理或病理条件下,通过一个特定的具有挑战性的药物管理活化后,进行调查。
这里描述的方法的目的是评估自由呼吸的动物的大脑5 - 羟色胺的功能。由5 - 羟色胺系统的挑战,同时采集功能磁共振图像随着时间的推移,大脑应对这一挑战,可以可视化。动物中的几项研究已经证明,如5 - 羟色胺(释放剂,选择性再摄取阻滞剂等)外的药物引起的增加引起血氧水平依赖(BOLD)的特定区域的变化(MRI信号由于信号通过增加供应氧气和g的血液供应发生在大脑激活的含氧/脱氧血红蛋白水平的变化lucose苛刻的神经元),提供神经递质功能的索引。它也被证明,这些影响可以通过治疗,减少5 -羟色胺的可用性16,13,18,7逆转。在成年大鼠,BOLD信号变化后急性SSRI的管理,已被描述几个5 -羟色胺相关的大脑区域,即皮层区,海马,下丘脑和丘脑9,16,15。的5 -羟色胺系统和应对这一挑战的刺激,从而可以被用来作为衡量其在动物和人类的2,11功能。
准备动物体内磁共振成像
1。手术插管
2。监测
整个成像过程中,应不断监测几个生理反应,并尽可能保持恒定。这是至关重要的,因为这些反应可以大大超过同一时间窗口作为phMRI信号变化,也影响利率的信号。同样重要的是,由于该动物将被放置在马主干网络,并因此淡出人们的视线和不服从检查麻醉深度的标准(如脚趾捏),为确保有足够的麻醉深度。此外,由于许多药物,心血管参数的改变,如血压测量,这些是至关重要的,以确保可以考虑采取全球性的生理影响药物的行动在phMRI数据。还为基准值和预期的反应输液5毫克/公斤氟西汀4条。
在体内成像
在图2给出了一个功能磁共振成像实验装置示意图。
3。成像参数
数据处理
4。生理反应
预计到的挑战生理反应是依赖于所选择的药物。下面,普遍接受的基准值(雄性大鼠)和预期的反应,静脉注射5毫克/公斤氟西汀。
5。预处理磁共振成像数据
在这里,我们描述了在致辞数据的预处理几个步骤,以optimalize的数据进行统计分析。我们提到,在我们的实验室中使用的工具,然而有许多不同的工具。
5.1数据准备
5.2运动校正
5.3脑分割
6。数据Analysi小号
致辞数据统计分析的目标是确定的像素表现出额外的方差,由于药物在统计学上可靠的方式挑战。这可用各种方式方法,甚至可数的软件包。您所做的选择是依赖于在实验室的可用性,软件和知识/经验和您的具体研究问题。在这里,我们建议在我们的实验室中使用的方法。
6.1
6.2
然后,下一步就是统计测试每个动物原料4D时间对以前建立的GLM模型系列形象。为此,我们使用的固定利差贷款计划壮举(FMRI,专家分析工具,v5.98)17,24。然而,其他功能磁共振成像分析工具availaBLE以及。第一级分析,在分析工具,将设立。这需要以下步骤:
6.3
在此之后,所有动物的第一级的分析,可以在更高的水平(集团)统计分析相结合。这是高度依赖自己的研究设计和研究的问题。
6.4
可以加上生理对药物的反应,或相关的MR信号,如果需要的话。亦见增加混淆的EV的6.2.3节。
7。代表结果
ove_content">具有挑战性的药物(5毫克/公斤IV氟西汀)当进入血管系统,明确的生理反应应该是可见的呼吸速率(上)和血压(下)。这些反应5-10分钟内平均正常化血压下降,在图3是清晰可见。平均信号的时间当然应该表现出相对稳定的基线和挑战明显的效果。最好,应该是没有独立的漂移信号的挑战。平均信号的时间当然一个有代表性的例子可以看出,在图5A。文物,如呼吸抑制/故障或变化,在麻醉往往在信号清晰可见。呼吸抑制,会产生负面影响在整个大脑的信号。这可以看出,在图5B。
第一层分析后,激活模式预计将主要是积极与定位只有特定地区的TED(即皮层区,海马,下丘脑和丘脑; 见图6A)。如果整个大脑被停用,这往往是麻醉过深和/或在扫描过程中供氧不足的迹象。 图6B中可以看到这样一个例子。
图1。安置在股动脉和静脉插管的位置。
图2表示的MRI设置示意图;所有设备需要非铁磁性,并连接到一个模块系统允许从运动的干扰,避免因呼吸和/或心脏跳动的图像采集门。体温调节,通过加热模块,监视和控制动物的温度在成像点击这里查看大图 。
图3。血压数据的代表性的例子。有明显下降后开始输液(红色条)直接在血压可见。在10分钟内再次达到正常值。后的挑战管理。
图4 a)预期使用的磁共振成像分析程序刺激(红色是积极激活的激活模式,蓝色是负激活)。二)所有激活的像素,在所有的动物(从基线的变化≥1%)的平均时间的过程。 c)在FSL,/了FEAT GLM模型的范例。 氯ICK这里查看大图。
图5。
点击这里查看大图 。
图6。
5 -羟色胺phMRI是一种很有前途的工具,以评估在动物体内的神经递质功能。它可视化的5 - 羟色胺的挑战与功能磁共振成像的大脑反应。 MRI具有很大的优势,具有较高的空间分辨率和不需要注射造影剂或放射性标记的分子,从而避免重复暴露于电离辐射。这种技术是适用于人类和动物的科目,因此非常适合神经递质系统和精神疾病的转化研究。其应用当然不仅限于5 -羟色胺的途径,并已被广泛用于多巴胺能药物的效果,以评估这两种动物5,15和人类22。
然而,在小动物phMRI依然严峻,马丁和Sibson 11的管家20的评论文章中已经指出。这些挑战之一是维护f稳定的图像采集过程中的生理参数。大多数麻醉剂可以改变心血管功能,并鉴于phMRI是严重依赖心血管/血流动力学参数,它是必不可少的,以确保任何血流动力学变化完全是由于给定的药物挑战。因此,这是非常重要的,PCO 2水平仍然在基线收购不断。机械通气可帮助确保生理稳定性,并经常使用这种类型的实验。不过,我们选择使用自由呼吸的动物,离开的可能性进行纵向研究,在未来开放。相反,我们广泛的监测和改变呼吸速率和血气值,以确保在正常范围内的生理稳定性,功能扫描开始前,并以这种方式来维护稳定的血管反应性,从而与T2 * / T2信号。全身麻醉的影响脑血流和metabolis文学m是丰富的20本手稿的范围之外。我们选择使用气体麻醉,±2%异氟醚在这个特定的协议,因为吸入性麻醉剂,麻醉深度可以迅速和容易控制。这是在我们的设置重要的图像采集开始前,以确保正常的范围内保持稳定的pCO 2的水平。异氟醚是今天最常用的吸入麻醉,并允许快速诱导和恢复,这是纵向研究的重要。它也产生最小的心血管和呼吸抑制和诱导骨骼肌松弛。
其次,具有挑战性的药物静脉给药是更复杂,比人类的小动物。股动脉和静脉插管需要手术需要训练有素和经验丰富的员工。由于这些入侵程序,它主要用于终端程序的那一刻。然而,非侵入性的监测血液稳态和尾静脉注射,可用于23个纵向研究。
此外,还有一些更普遍的技术,是动物phMRI不具体限制。此外,正如马丁·和Sibson 11的了,所有的功能磁共振成像研究的潜在混淆的是,它假定诱发挑战大脑活动的变化反映在神经元的活动变化,而 不是外围的系统性影响。尤其是在更深的大脑结构,神经血管耦合的神经元活动的变化和血流动力学变化之间的关系仍然相对贫困的理解。 Logothetis 10,以确定在大脑皮层的神经血管耦合的研究尚未在大脑的其他部分。因此,它是未知的BOLD信号等重要结构,增加纹状体或杏仁核是泰兰我们Ğ有关的神经元活动。最好的,我们可以说在这一刻,大脑区域的反应给定的挑战,并根据治疗和/或条件,我们可以监视大脑反应的显着变化。这可以在很大程度上得到验证的磁共振成像数据和生理反应。一般的脑激活模式应该是特定区域和限制与地区,在这种情况下,高5 - 羟色胺的神经支配,而不是一般的血管反应。此外,不同的血管和血流动力学变化之间的时空轮廓预计。而血压的变化在几分钟内返回他们的基线值,大胆的激活作用的药物是图像采集结束在氟西汀可见的情况下,直到这种药物的认识的药代动力学性质和对应。最后,所有动物的生理反应应该是相似的,以使跨学科的比较。 nonetheleSS,它是已知的5 -羟色胺的神经调节局部血流量存在4。因此,它不能被排除在外,当地的BOLD信号变化可能归因于由于5 - 羟色胺的释放船只靠近血管的变化。虽然这些影响都没有关联到地方的神经元激活,因此可以考虑为假阳性结果,它也是一个整体的5 -羟色胺系统的特定功能(另见3)的指数。
因此,这一技术的关键步骤是广泛监测的生理反应,并确保动物生理条件下是稳定的图像采集之前和期间。扫描仪的条件也应该尽可能稳定和每个动物完全一样。信号序列的稳定性实验开始前,应检查并证实。此外,确保始终有足够大的统计力量,甚至小题目石斑鱼PS。为实验,动物phMRI的考虑,一般漂亮的审查,见管家20,在大鼠和小鼠的药理功能磁共振成像实验协议的其他例子,看到法拉利5。
这里描述的技术可能的修改是多方面的。一个可能:
这你在实验装置中作出的选择是高度依赖的可能性和/或在你的实验室和研究问题的类型,你想回答的经验。
我们什么都没有透露。
这项工作是由荷兰科学研究组织(NWO)(的Veni没有。916.86.125)授予研究Reneman,。出资者有没有作用的研究设计,数据收集和分析,发布决定,或准备的手稿。有没有利益冲突。
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试剂/设备名称 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
异氟醚 | 雅培 雅培制药有限公司,英国梅登黑德, | 没有B506 | 医用空气混合 |
医用空气 | 中银医疗 | ||
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盘 | M2M成像公司 | 量TH /接收 RQD1 72/112 200 | |
盐酸氟西汀 | Sigma-Aldrich公司 | 架F-132 | 按5mg/kg生理盐水 |
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