Die Autoren danken Dr. Peter Gerrits für die Zeichnungen in dem Video verwendet.

Hinweis: Antiseptische Techniken sollten während des gesamten Verfahrens eingesetzt werden. Alle Instrumente und Materialien (Baumwolle-bestückte Tupfer, Gaze, etc.), die während der Operation eingesetzt werden, sollten durch Autoklavieren sterilisiert werden. Ein OP-Maske, Haar-Motorhaube und sterile Handschuhe getragen werden. Der Arbeitsbereich und der stereotaktischen Gerät gründlich gereinigt werden, und desinfiziert mit einer 70% igen Ethanol-Lösung. 1. Pre-chirurgische Eingriffe <ol><li> Richten Sie den stereotaktischen Apparat und alle benötigten Materialien. Pre-warm die Heizkissen. </li><li> Legen Sie die Kanüle in seine Unterstützung und prüfen, ob sie gerade ist. </li><li> Schalten Sie das Gasnetz - Mischung aus Luft und Sauerstoff (30-35% des gesamten Flow sollte Sauerstoff). </li><li> Wiegen Sie die Ratte und die Verwaltung der Betäubung. Wir verwenden eine Mischung aus Ketamin (37,5 mg / kg) und Dexmedetomidin (0,25 mg / kg) subkutan injiziert. Für verschiedene Narkose-Protokollen finden Sie Flecknell 4 und Hellebrekers et al. 7. </li><li> Nachdem die Ratte das Bewusstsein verloren, rasieren Kopfbereich geht aus den Ohren, nur zwischen den Augen mit einem elektrischen Rasierapparat. </li><li> Legen Sie die Ratte auf dem Heizkissen, mit der Nase vor der Luftschlauch. Verwenden Sie ein Pulsoximeter, um sicherzustellen, dass die Ratte eine angemessene Blutoxygenierung Ebene (sollte nicht fallen &lt;90%) hat. Bitte folgen Sie den Anweisungen des Herstellers für die richtige Nutzung der Geräte. </li><li> Übernehmen Augencreme (Duratears Z, Alcon) auf beiden Hornhäute zur Austrocknung zu vermeiden. </li><li> Überprüfen Sie die Ratte die Reflexe (tail Reflex oder Zehen-Pinch-Reflex, als in Walantus et al. 8 gezeigt), um sicherzustellen, dass es ausreichend betäubt ist. Wenn die Ratte weiterhin starke Reflexe zeigen, könnte Supplementierung der Narkose erforderlich sein. </li><li> Wenn keine Zehen-Pinch-Reflex wird gezeigt, Ort der Ratte in der stereotaktischen Apparat, passen Sie die Ohr-Bars, so dass es gleich zu lesen auf beiden Seiten zeigt, und legen wieder den Atemschlauch vor dem Tierdurch die Festsetzung es mit der Nase bar. Überprüfen Sie noch einmal, wenn die Ratte zeigt eine Blutoxygenierung von 90% oder höher. Wenn nicht, stellen Sie entweder den Schlauch, eine Annäherung an die Nase, oder erhöhen Sie die Zufuhr von Sauerstoff. Überwachen Sie die Blutoxygenierung Ebene und die Herzfrequenz während der Operation. </li><li> Kontinuierliche Überwachung der Ratte Temperatur mit einem Thermometer rektal (vorzugsweise auf einem Heizkissen angeschlossen) und notieren Sie die Werte am Anfang und am Ende der Operation. Passen Sie die Heizkissen oder eine Decke auf eine Körpertemperatur von 37,5 bis 38,5 ° C zu halten </li></ol> 2. Chirurgie <ol><li> Spritzen Sie das Analgetikum. Wir sind mit einem einzigen peri-operative Verabreichung von Carprofen (4,0 bis 5,0 mg / kg subkutan). Für verschiedene Schmerzmittel Protokollen finden Hellebrekers et al. 7. </li><li> Reinigen Sie den rasierten Bereich der ter Haut von der Mitte zu den Haaren Umfang dreimal mit einem Desinfektionsmittel (zB Chlorhexidin 0,5%) und lokal zu injizieren eine Mischung von Lidocain (20 mg / ml) und Adrenalin (5 mg / ml) zur Lokalanästhesie und Vasokonstriktion (um zu verhindern starke Blutungen). </li><li> Machen Sie eine anterior-posteriore Inzision von etwa 2,5 cm auf der Mittellinie der Kopfhaut, und zwar von zwischen den Augen, bis die Rückseite der Ohren. Verwenden Sie 4-6 Bulldogklemmen abzukneifen der Haut und halten den Schnitt zu öffnen. Entfernen Sie alle Bindegewebe mit einem Spatel und / oder Wattestäbchen und reinigen Sie den Bereich um den Schädel Oberfläche freizulegen. </li><li> Prüfen Sie, ob der Kopf Ebene: Erstens finden Lambda und Ort der Führungskanüle genau über dieser Stelle berühren den Schädel. Notieren Sie sich die dorso-ventrale koordinieren. Als nächstes legen Sie die Führungskanüle genau über Bregma, berührt den Schädel, und notieren Sie die dorso-ventrale koordinieren. Diese beiden Koordinaten sollten identisch sein. Ist die Differenz&gt; 0,3 mm, passen Sie die Nase bar zu korrigieren. </li><li> Make zwei kleine Löcher für die Befestigung des Schädels Schrauben mit einem sterilisierten Handbohrmaschine (eine ca. 5 mm anterior der Kanüle Lage in einer der Hemisphären und die anderen 5 mm hinter der Kanüle Lage in der kontralateralen Hemisphäre). Legen Sie zwei sterile Schrauben in die Löcher, bis sie fest verankert sind, ohne vollständig in den Schädel eingesetzt. </li><li> Mit der Führung Kanüle gelegt genau an Bregma, notieren Sie die anterior-posterioren und lateralen Koordinaten. Die korrekte Lage der Führungskanüle Platzierung für jede Region des Gehirns können durch Addieren oder Subtrahieren von Bregma, mit Hilfe eines stereotaktischen Atlas 9-11 berechnet werden. </li><li> Positionieren Sie den Führungskanüle in die richtige Position, leicht berühren den Schädel. Notieren Sie sich die dorso-ventrale koordinieren. Für bilaterale Kanüle Platzierung neben der Kanüle Lage in die andere Hemisphäre zu finden, und erneut ein Rekordergebnis der dorso-ventralen koordinieren. Beide Koordinaten sollten identisch sein (oder unterscheiden &lt;0,3 mm). </li><li>Markieren Sie die Kanüle Standorten auf den Schädel mit einem sterilen Stift und mit der Hand Bohrer, machen die Bohrlöcher, die Überprüfung der Größe und der richtigen Stelle mit Hilfe des Leitfadens Kanüle. Sobald die Löcher sind, verwenden Sie eine sterile Nadel vorsichtig punch den Hirnhäuten zum ungehinderten Einführen der Kanüle zu ermöglichen. </li><li> Legen Sie die Kanüle in das erste Loch und senken Sie es sorgfältig, bis sie die endgültige ventralen koordinieren erreicht. Bereiten Sie den Zahnzement und großzügig auftragen es um die Kanüle und einer oder beide Schrauben, um die Kanüle zu fixieren. Warten Sie, bis der Zement vollständig getrocknet ist. Danach entfernen Sie vorsichtig die Kanüle zu unterstützen, indem Sie die dorso-ventrale bar nach oben. </li><li> Legen Sie die zweite Kanüle in die Unterstützung und gehen Sie auf die Kanüle Lage in die andere Hemisphäre. Legen Sie die Kanüle in das Loch, und wiederholen Sie den vorherigen Schritt. Bedecken Sie die Schrauben und eine große Oberfläche der Kanülen mit dem Zement und bevor der Zement trocken ist, entfernen Sie alle Überschüsse aus der Haut. </li><li> Inject warm (~ 37 ° C) steriler Kochsalzlösung (~ 10 ml / kg, sc) zu Rehydrierung zu gewährleisten. </li><li> Nach der Zement vollständig getrocknet ist, entfernen Sie die Kanüle zu unterstützen und legen Sie eine sterile Nadel in jede Kanüle zur Obstruktion zu verhindern. </li><li> Reinigen Sie die Wunde mit einer sterilen Kochsalzlösung und Naht der Vorder-und Rückseite der Wunde. </li><li> Entfernen Sie das Tier aus der stereotaktischen Apparat, anstelle der Gasschlauch vor seiner Nase. Fahren Sie mit dem Sauerstoffsättigung und Körpertemperatur überwachen. </li><li> Wenn eine injizierbare Betäubungsmittel mit Dexmedetomidin verwendet wird, injizieren ihre Antagonisten Atipamezol (0,25 mg / kg, sc) und warten, bis das Tier erwacht (ca. 5 Minuten). </li><li> Legen Sie die Ratte in eine Erholung Käfig. Zur Vermeidung von Unterkühlung, platzieren Sie den Käfig in einem Brutschrank bei 28 ° C oder auf einem Heizkissen in einem Ort, wo man das Tier für mindestens eine Stunde beobachten können, vor der Rückgabe an das Vivarium Raum. </li></ol> 3. Post-OP-Pflege <ol><li> Während<html> die ersten 4 Tage nach der Operation, überwachen die Ratte Genesung, indem sie täglich Aufzeichnungen über Gewicht und andere Beobachtungen über den Zustand des Tieres im Labor Logbüchern oder &quot;Tierschutz Tagebücher&quot;. </li><li> Tiere, die deutliche Zeichen für eine Krankheit, Infektion der Wunde, Verlust von Körpergewicht oder andere Anzeichen verminderter Wohlbefinden zu unterziehen besondere Sorgfalt zeigen: z. B. eine zusätzliche Dosis von Schmerzmitteln zu post-operativen Schmerzen, eine Mischung aus Pulver Nahrung und Wasser zu minimieren Zusätzlich zu den Standard chow zur Förderung der Ratte den Appetit, und / oder eine subkutane Injektion von Kochsalzlösung auf Rehydrierung zu unterstützen. </li><li> Wenn die Ratte zeigt keine Verbesserung nach diesen Eingriffen, oder der Verlust von Körpergewicht&gt; 15% (im Vergleich zu vor der Operation das Gewicht), das Opfer das Tier mit einer Überdosis des Narkosemittels (humane Endpunkt). </li><li> Ratten müssen in der Regel für mindestens 7 Tage vor Beginn der Verhaltensexperimente erholen. </li></ol> 4. Repräsentative Ergebnisse jove_content &quot;&gt; Um festzustellen, ob die verschiedenen Änderungen an unseren chirurgischen Eingriff, insbesondere im Hinblick auf zusätzlichen Sauerstoff und die kontinuierliche Überwachung von Blutoxygenierung Ebenen, Herzfrequenz und Körpertemperatur, das Tier das Überleben erweitert und verbessert den allgemeinen Zustand nach der Operation, verglichen wir die Nicht-Überlebensrate von 20 Kohorten von Tieren (bestehend aus 20 Ratten pro Stück), dass eine Operation unterzogen, nachdem wir diese Änderungen umgesetzt mit dem Nicht-Überlebensrate von 24 Kohorten (20 Ratten pro Stück) mit dem Standard-Protokoll betrieben. Wie in Abbildung 1a , die Nicht-Überlebensrate war signifikant in der Stichprobe der Kohorten, die mit dem modifizierten Protokoll (P &lt;0,05; Mann-Whitney-U-Test, zwei tailed) betrieben wurde reduziert. Außerdem ist, wie in Abbildung 1b, post-chirurgische Gewichtsverlust gezeigt von Ratten mit dem modifizierten Protokoll betrieben wurde ebenfalls signifikant reduziert, um die von Ratten, die mit dem Standardverfahren (post-operativen Tag 1 betrieben Vergleich: P &lt;0,05; postoperativen Tag 2: p &lt;0,01; postoperativen Tag 3: P = 0,17; Student t-Tests). <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/3528/3528fig1.jpg" /> Abbildung 1. Effect von chirurgischen Modifikationen auf Nicht-Überlebensrate und postoperativen Gewichtsabnahme. (A.) Non-Überlebensrate von Ratten, die mit dem modifizierten Protokoll betrieben werden, dass von Ratten mit dem Standard-Protokoll betrieben verglichen. Die Nicht-Überlebensrate (Median ± Interquartilbereichs) wurde als Prozentsatz der Ratten berechnet, pro Gruppe von 20 Ratten, die nicht überlebt haben Chirurgie. * P &lt;0,05, Mann-Whitney-U-Test wurden zwei tailed (n = 20 Kohorten für die modifizierten Protokoll und 24 Kohorten für das Standard-Protokoll). (B.) Gewichtsverlust (Mittelwert ± SEM in Prozent des vor der Operation Gewicht) während der ersten (POD1), zweiten (POD2) und dritten (POD3) postoperativen Tag. * P &lt;0,05, ** P &lt;0,01, Student t-Test (n = 60 pro Gruppe).

<ol>
	<li>Russell, W. M. S., Burch, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Principles of Humane Experimental Technique. , (1959).</li><li>Richardson, C. A., Flecknell, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaesthesia+and+post-operative+analgesia+following+experimental+surgery+in+laboratory+rodents:+are+we+making+progress?.">Anaesthesia and post-operative analgesia following experimental surgery in laboratory rodents: are we making progress?.</a> Altern. Lab Anim. 33, 119-127 (2005).</li><li>Stokes, E. L., Flecknell, P. A., Richardson, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reported+analgesic+and+anaesthetic+administration+to+rodents+undergoing+experimental+surgical+procedures.">Reported analgesic and anaesthetic administration to rodents undergoing experimental surgical procedures.</a> Lab Anim. 43, 149-154 (2009).</li><li>Flecknell, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laboratory Animal Anaesthesia - A Practical Introduction for Research Workers and Technicians. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DIRECTIVE+2010/63/EU+OF+THE+EUROPEAN+PARLIAMENT+AND+OF+THE+COUNCIL+of+22+September+2010+on+the+protection+of+animals+used+for+scientific+purposes.">DIRECTIVE 2010/63/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes.</a> Official Journal of the European Union. , (2010).</li><li>Geiger, B. M., Frank, L. E., Caldera-Siu, A. D., Pothos, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Survivable+Stereotaxic+Surgery+in+Rodents.">Survivable Stereotaxic Surgery in Rodents.</a> J. Vis. Exp. (20), e880-e880 (2008).</li><li>Hellebrekers, L. J., Booij, L. H. D. J., Flecknell, P. A., Van Zutphen, L. F. M., Baumans, V., Beynen, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaesthesia,+analgesia+and+euthanasia.">Anaesthesia, analgesia and euthanasia.</a> Principles of Laboratory Animal Science. , 277-311 (2001).</li><li>Walantus, W., Elias, L., Kriegstein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+utero+intraventricular+injection+and+electroporation+of+E16+rat+embryos.">In utero intraventricular injection and electroporation of E16 rat embryos.</a> J. Vis. Exp. (6), e236-e236 (2007).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1986).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (2007).</li><li>Swanson, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Brain Maps: Structure of the Rat Brain. , (1992).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Der Hauptzweck dieses Video-Präsentation ist es, Verhaltens-Neurowissenschaftler mit den Grundprinzipien der stereotaktischen Chirurgie vertraut zu machen. Forscher, die bereits gute Ergebnisse erzielen stereotaktischen Operation könnte auch aus diesem Video profitieren und betrachten einige der verfahrenstechnischen Verbesserungen für den Einsatz im eigenen Labor. Eine ständig wachsende Wissen über die Optimierung von chirurgischen Techniken 1-3, die Entwicklung neuer Anästhetika und Analgetika für de...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td></tr><tr><td> Alcohol 70% </td><td> VWR </td></tr><tr><td> Antisedan (Atipamezol) </td><td> Orion </td></tr><tr><td> Atropinsulfat 0,5 </td><td> Pharmachemie BV </td></tr><tr><td> Bulldog hämostatische Klemme </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Kanülen </td><td> Component Supply Co. </td></tr><tr><td> Chlorhexidin 0,5% </td><td> AppepPharma </td></tr><tr><td> Reinigungspulver </td><td> Alconox </td></tr><tr><td> Cotton-Sticks </td><td> Hartmann BV </td></tr><tr><td> Dexdomitor (Dexmedetomidin) </td><td> Orion </td></tr><tr><td> Drill </td><td> Dremel 8000 </td></tr><tr><td> Duratears Z </td><td> Alcon </td></tr><tr><td> Durogrip Naaldvoerder unterhalten 130mm </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Durotip fijne schaar ret.sp / st 110 mm </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Gaze </td><td> Medicomp (5x5) </td></tr><tr><td> Heizkissen </td><td> Harvard Apparatus </td></tr><tr><td> Insect Pins (Stilette) </td><td> Entosphinx (Tschechische Republik) </td></tr><tr><td> Ketamin 10% (Ketamin) </td><td> Alfasan </td></tr><tr><td> Micro-Halsted gerader Spitze </td><td> Aesculap-vet </td></tr><tr><td> Molinea </td><td> Hartmann BV </td></tr><tr><td> NaCl 0,9% </td><td> Baxter </td></tr><tr><td> Nadeln (25G) </td><td> Terumo </td></tr><tr><td> Oximeter </td><td> Edan Instruments, Inc. </td></tr><tr><td> Pentobarbital </td><td> Pharmazie der UMCG </td></tr><tr><td> Rimadyl </td><td> Pfizer </td></tr><tr><td> Skalpell Nr. 23 </td><td> Swann Morton </td></tr><tr><td> Scalpelholder NR. 4 133 mm </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Schraubendreher </td><td> konventionelle Hardware Store </td></tr><tr><td> Simplex Rapid (Zahnzement) </td><td> Kemdent </td></tr><tr><td> Schädel Schrauben </td><td> Component Supply Co. </td></tr><tr><td> Spachtel </td><td> VWR </td></tr><tr><td> Spongestan spezielle </td><td> Johnson &amp; Johnson </td></tr><tr><td> Stereotacts </td><td> Kopf Instruments </td></tr><tr><td> Chirurgische Pinzette 100mm </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Nahtmaterial Safil 5 / 0 </td><td> Aesculap </td></tr><tr><td> Spritze 10 ml </td><td> Omnifix </td></tr><tr><td> Spritze 1ml </td><td> Terumo </td></tr><tr><td> Spritze 5ml </td><td> Omnifix </td></tr><tr><td> Xylocain (Lidocain / Adrenalin) </td><td> Astra Zeneca </td></tr></tbody></table>

rodent stereotaxic surgery and animal welfare outcome improvements for behavioral neuroscience

Stereotaktischen Operation zur Implantation von Kanülen in bestimmten Hirnregionen seit vielen Jahrzehnten eine sehr erfolgreiche experimentelle Technik, um die Auswirkungen von lokal manipuliert Neurotransmitter und Signalwege in wach, sich verhaltenden Tier zu untersuchen. Darüber hinaus hat die stereotaktische Implantation von Elektroden für elektrophysiologische Stimulation und Ableitung Studien maßgeblich zu unserem heutigen Verständnis der Neuroplastizität und Gehirn Netzwerke im sich verhaltenden Tier. Bei immer mehr Wissen über die Optimierung von chirurgischen Techniken in Nagetieren 1-4, das öffentliche Bewusstsein in Bezug auf Fragen des Tierschutzes und der strengen Gesetzgebung (zB die 2010 EU-Richtlinie über die Verwendung von Versuchstieren 5) hat uns veranlasst, diesen chirurgischen Eingriffen zu suchen, insbesondere im Hinblick um die Umsetzung neuer Verfahren für die Sauerstoff-Supplementierung und die kontinuierliche Überwachung von Blut mit Sauerstoff und Herzfrequenz-Niveaus während der Operation sowieEinführung eines standardisierten Protokolls zur postoperativen Pflege. Unsere Beobachtungen zeigen, dass diese Änderungen in einer erhöhten Überlebensrate und eine Verbesserung der allgemeinen Zustand der Tiere nach der Operation (z. B. weniger Gewichtsverlust und eine aktivere Tier) geführt. Dieses Video-Präsentation zeigt die allgemeinen Verfahren in dieser Art von stereotaktischen Operation mit besonderem Augenmerk auf unsere verschiedenen Modifikationen beteiligt. Wir illustrieren diese chirurgischen Verfahren bei Ratten, aber es ist auch möglich, diese Art der Chirurgie in Mäusen oder anderen kleinen Labortieren durchgeführt durch die Verwendung spezieller Adapter für die stereotaktische Vorrichtung 6.

Watch this Scientific Journal Video about Rodent Stereotaxic Surgery and Animal Welfare Outcome Improvements for Behavioral Neuroscience at JoVE.com

Rodent Stereotaxic Surgery and Animal Welfare Outcome Improvements for Behavioral Neuroscience

Stereotaktischen Operation an Nagern ermöglicht eine gezielte Verabreichung von Medikamenten oder Elektrostimulation und Aufnahmen an wachen, sich verhaltenden Tier. In diesem Video-Präsentation werden wir den letzten prozedurale Verfeinerungen dieser langjährigen Verfahren, die erfolgreich eine verbesserte Überlebensrate und weniger postoperative Gewichtsverlust zu demonstrieren.

Rodent stereotaktischen Chirurgie und Tierschutz Outcome Verbesserungen für Behavioral Neuroscience

Stereotaxic surgery for the implantation of cannulae into specific brain regions has for many decades been a very successful experimental technique to ...

rodent-stereotaxic-surgery-animal-welfare-outcome-improvements-for

Research

JoVE Journal

Neuroscience

39.0K Aufrufe.  University of Groningen. Stereotaktischen Operation an Nagern ermöglicht eine gezielte Verabreichung von Medikamenten oder Elektrostimulation und Aufnahmen an wachen, sich verhaltenden Tier. In diesem Video-Präsentation werden wir den letzten prozedurale Verfeinerungen dieser langjährigen Verfahren, die erfolgreich eine verbesserte Überlebensrate und weniger postoperative Gewichtsverlust zu demonstrieren.

Serie: Rodent Stereotaxic Surgery and Animal Welfare Outcome Improvements for Behavioral Neuroscience

Systemic and Local Drug Delivery for Treating Diseases of the Central Nervous System in Rodent Models

Thorough preclinical testing of central nervous system (CNS) therapeutics includes a consideration of routes of administration and agent biodistribution in assessing therapeutic efficacy. Between the two major classifications of administration, local vs. systemic, systemic delivery approaches are often preferred due to ease of administration. However, systemic delivery may result in suboptimal drug concentration being achieved in the CNS, and lead to erroneous conclusions regarding agent efficacy. Local drug delivery methods are more invasive, but may be necessary to achieve therapeutic CNS drug levels. Here, we demonstrate proper technique for three routes of systemic drug delivery: intravenous injection, intraperitoneal injection, and oral gavage. In addition, we show a method for local delivery to the brain: convection-enhanced delivery (CED). The use of fluorescently-labeled compounds is included for in vivo imaging and verification of proper drug administration. The methods are presented using murine models, but can easily be adapted for use in rats.

Thorough preclinical testing of drugs that act in the central nervous system often involves assessing and comparing drug biodistribution in association with specific routes of administration. Here, three commonly used methods of systemic delivery (intravenous, intraperitoneal, and oral) as well as a method for local delivery (convection-enhanced delivery) are demonstrated in mice.

Systemischen und lokalen Drug Delivery zur Behandlung von Erkrankungen des Zentralen Nervensystems in Nagermodellen

Thorough preclinical testing of central nervous system (CNS) therapeutics includes a consideration of routes of administration and agent biodistribution ...

Forschung

Neurowissenschaften

Combining Behavioral Endocrinology and Experimental Economics: Testosterone and Social Decision Making

Behavioral endocrinological research in humans as well as in animals suggests that testosterone plays a key role in social interactions. Studies in rodents have shown a direct link between testosterone and aggressive behavior1 and folk wisdom adapts these findings to humans, suggesting that testosterone induces antisocial, egoistic or even aggressive behavior2. However, many researchers doubt a direct testosterone-aggression link in humans, arguing instead that testosterone is primarily involved in status-related behavior3,4. As a high status can also be achieved by aggressive and antisocial means it can be difficult to distinguish between anti-social and status seeking behavior.
We therefore set up an experimental environment, in which status can only be achieved by prosocial means. In a double-blind and placebo-controlled experiment, we administered a single sublingual dose of 0.5 mg of testosterone (with a hydroxypropyl-&beta;-cyclodextrin carrier) to 121 women and investigated their social interaction behavior in an economic bargaining paradigm. Real monetary incentives are at stake in this paradigm; every player A receives a certain amount of money and has to make an offer to another player B on how to share the money. If B accepts, she gets what was offered and player A keeps the rest. If B refuses the offer, nobody gets anything. A status seeking player A is expected to avoid being rejected by behaving in a prosocial way, i.e. by making higher offers.
The results show that if expectations about the hormone are controlled for, testosterone administration leads to a significant increase in fair bargaining offers compared to placebo. The role of expectations is reflected in the fact that subjects who report that they believe to have received testosterone make lower offers than those who say they believe that they were treated with a placebo. These findings suggest that the experimental economics approach is sensitive for detecting neurobiological effects as subtle as those achieved by administration of hormones. Moreover, the findings point towards the importance of both psychosocial as well as neuroendocrine factors in determining the influence of testosterone on human social behavior.

The procedure described in this protocol shows that testosterone administration and folk beliefs about testosterone may be associated with directly opposed social behaviors.

Die Kombination Behavioral Endokrinologie und Experimentelle Wirtschaftsforschung: Testosteron und Social Decision Making

Behavioral endocrinological research in humans as well as in animals suggests that testosterone plays a key role in social interactions. Studies in ...

A General Method for Evaluating Incubation of Sucrose Craving in Rats

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and relapse to food taking 1. Food craving conceptualized in this way is akin to drug craving in response to drug-paired cues. A rich literature has been developed around understanding the behavioral and neurobiological determinants of drug craving; we and others have been focusing recently on translating techniques from basic addiction research to better understand addiction-like behaviors related to food 2-4.
As done in previous studies of drug craving, we examine sucrose craving behavior by utilizing a rat model of relapse. In this model, rats self-administer either drug or food in sessions over several days. In a session, lever responding delivers the reward along with a tone+light stimulus. Craving behavior is then operationally defined as responding in a subsequent session where the reward is not available. Rats will reliably respond for the tone+light stimulus, likely due to its acquired conditioned reinforcing properties 5. This behavior is sometimes referred to as sucrose seeking or cue reactivity. In the present discussion we will use the term "sucrose craving" to subsume both of these constructs.
In the past decade, we have focused on how the length of time following reward self-administration influences reward craving. Interestingly, rats increase responding for the reward-paired cue over the course of several weeks of a period of forced-abstinence. This "incubation of craving" is observed in rats that have self-administered either food or drugs of abuse 4,6. This time-dependent increase in craving we have identified in the animal model may have great potential relevance to human drug and food addiction behaviors.
Here we present a protocol for assessing incubation of sucrose craving in rats. Variants of the procedure will be indicated where craving is assessed as responding for a discrete sucrose-paired cue following extinction of lever pressing within the sucrose self-administration context (Extinction without cues) or as responding for sucrose-paired cues in a general extinction context (Extinction with cues).

Responding for food or drug-paired cues increases over the course of a period of abstinence and this may relate to an increased susceptibility to relapse behaviors. Here we detail a procedure for evaluating this "incubation of craving" in rats that have self-administered sucrose.

Eine allgemeine Methode zur Bewertung der Inkubation von Saccharose Craving in Ratten

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and ...

Whole Animal Perfusion Fixation for Rodents

The goal of fixation is to rapidly and uniformly preserve tissue in a life-like state. While placing tissue directly in fixative works well for small pieces of tissue, larger specimens like the intact brain pose a problem for immersion fixation because the fixative does not reach all regions of the tissue at the same rate 5,7. Often, changes in response to hypoxia begin before the tissue can be preserved 12. The advantage of directly perfusing fixative through the circulatory system is that the chemical can quickly reach every corner of the organism using the natural vascular network. In order to utilize the circulatory system most effectively, care must be taken to match physiological pressures 3. It is important to note that physiological pressures are dependent on the species used. Techniques for perfusion fixation vary depending on the tissue to be fixed and how the tissue will be processed following fixation. In this video, we describe a low-cost, rapid, controlled and uniform fixation procedure using 4% paraformaldehyde perfused via the vascular system: through the heart of the rat to obtain the best possible preservation of the brain for immunohistochemistry. The main advantage of this technique (vs. gravity-fed systems) is that the circulatory system is utilized most effectively.

Here we describe a low-cost, rapid, controlled and uniform fixation procedure using 4% paraformaldehyde perfused via the vascular system: through the heart of the rat to obtain the best possible preservation of the brain.

Ganze Tier Perfusionsfixierung für Nager

The goal of fixation is to rapidly and uniformly preserve tissue in a life-like state. While placing tissue directly in fixative works well for small ...

Stereotaxic Surgery for Excitotoxic Lesion of Specific Brain Areas in the Adult Rat

Many behavioral functions in mammals, including rodents and humans, are mediated principally by discrete brain regions. A common method for discerning the function of various brain regions for behavior or other experimental outcomes is to implement a localized ablation of function. In humans, patient populations with localized brain lesions are often studied for deficits, in hopes of revealing the underlying function of the damaged area. In rodents, one can experimentally induce lesions of specific brain regions.
Lesion can be accomplished in several ways. Electrolytic lesions can cause localized damage but will damage a variety of cell types as well as traversing fibers from other brain regions that happen to be near the lesion site. Inducible genetic techniques using cell-type specific promoters may also enable site-specific targeting. These techniques are complex and not always practical depending on the target brain area. Excitotoxic lesion using stereotaxic surgery, by contrast, is one of the most reliable and practical methods of lesioning excitatory neurons without damaging local glial cells or traversing fibers.
Here, we present a protocol for stereotaxic infusion of the excitotoxin, N-methyl-D-aspartate (NMDA), into the basolateral amygdala complex. Using anatomical indications, we apply stereotaxic coordinates to determine the location of our target brain region and lower an injection needle in place just above the target. We then infuse our excitotoxin into the brain, resulting in excitotoxic death of nearby neurons. While our experimental subject of choice is a rat, the same methods can be applied to other mammals, with the appropriate adjustments in equipment and coordinates.
This method can be used on a variety of brain regions, including the basolateral amygdala1-6, other amygdala nuclei6, 7, hippocampus8, entorhinal cortex9 and prefrontal cortex10. It can also be used to infuse biological compounds such as viral vectors1, 11. The basic stereotaxic technique could also be adapted for implantation of more permanent osmotic pumps, allowing more prolonged exposure to a compound of interest.

Targeted ablation of specific brain region(s) by infusion of an excitotoxin using stereotaxic coordinates is described. This technique could also be adapted for infusion of other chemicals into the rat brain.

Stereotaktischen Chirurgie für Exzitotoxische Läsion Spezifische Hirnareale in der erwachsenen Ratte

Many behavioral functions in mammals, including rodents and humans, are mediated principally by discrete brain regions. A common method for discerning the ...

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and sensorimotor plasticity1. Consistent sensory perturbations result in compensatory changes in motor output, reflecting changes in feedforward motor control that reduce the experienced feedback error. By quantifying how different sensory feedback errors affect human behavior, prior studies have explored how visual signals are used to recalibrate arm movements2,3 and auditory feedback is used to modify speech production4-7. The strength of this approach rests on the ability to mimic naturalistic errors in behavior, allowing the experimenter to observe how experienced errors in production are used to recalibrate motor output.
Songbirds provide an excellent animal model for investigating the neural basis of sensorimotor control and plasticity8,9. The songbird brain provides a well-defined circuit in which the areas necessary for song learning are spatially separated from those required for song production, and neural recording and lesion studies have made significant advances in understanding how different brain areas contribute to vocal behavior9-12. However, the lack of a naturalistic error-correction paradigm - in which a known acoustic parameter is perturbed by the experimenter and then corrected by the songbird - has made it difficult to understand the computations underlying vocal learning or how different elements of the neural circuit contribute to the correction of vocal errors13.
The technique described here gives the experimenter precise control over auditory feedback errors in singing birds, allowing the introduction of arbitrary sensory errors that can be used to drive vocal learning. Online sound-processing equipment is used to introduce a known perturbation to the acoustics of song, and a miniaturized headphones apparatus is used to replace a songbird's natural auditory feedback with the perturbed signal in real time. We have used this paradigm to perturb the fundamental frequency (pitch) of auditory feedback in adult songbirds, providing the first demonstration that adult birds maintain vocal performance using error correction14. The present protocol can be used to implement a wide range of sensory feedback perturbations (including but not limited to pitch shifts) to investigate the computational and neurophysiological basis of vocal learning.

We describe the design and assembly of miniaturized headphones suitable for replacing a songbird&#x2019;s natural auditory feedback with a manipulated acoustic signal. Online sound processing hardware is used to manipulate song output, introduce real-time errors in auditory feedback via the headphones, and drive vocal motor learning.

Ein Leichtes, Kopfhörer-basierte System zur Manipulation Auditory Feedback in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

Simultaneous Electrophysiological Recording and Calcium Imaging of Suprachiasmatic Nucleus Neurons

Simultaneous electrophysiological and fluorescent imaging recording methods were used to study the role of changes of membrane potential or current in regulating the intracellular calcium concentration. Changing environmental conditions, such as the light-dark cycle, can modify neuronal and neural network activity and the expression of a family of circadian clock genes within the suprachiasmatic nucleus (SCN), the location of the master circadian clock in the mammalian brain. Excitatory synaptic transmission leads to an increase in the postsynaptic Ca2+ concentration that is believed to activate the signaling pathways that shifts the rhythmic expression of circadian clock genes. Hypothalamic slices containing the SCN were patch clamped using microelectrodes filled with an internal solution containing the calcium indicator bis-fura-2. After a seal was formed between the microelectrode and the SCN neuronal membrane, the membrane was ruptured using gentle suction and the calcium probe diffused into the neuron filling both the soma and dendrites. Quantitative ratiometric measurements of the intracellular calcium concentration were recorded simultaneously with membrane potential or current. Using these methods it is possible to study the role of changes of the intracellular calcium concentration produced by synaptic activity and action potential firing of individual neurons. In this presentation we demonstrate the methods to simultaneously record electrophysiological activity along with intracellular calcium from individual SCN neurons maintained in brain slices.

Procedures are described to perform simultaneous recordings of membrane potential or current and changes of intracellular calcium concentration. Suprachiasmatic nucleus neurons are filled with the calcium indicator bis-fura-2 using a patch clamp electrode in the whole cell patch clamp configuration.

Simultaneous electrophysiological and fluorescent imaging recording methods were used to study the role of changes of membrane potential or current in ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution has been a long sought tool for neuroscientists in the systems-level search for the neural circuitry governing complex behavioral states. Optogenetics is a cutting-edge tool that is revolutionizing the field of neuroscience and represents one of the first systematic approaches to enable causal testing regarding the relation between neural signaling events and behavior. By combining optical and genetic approaches, neural signaling can be bi-directionally controlled through expression of light-sensitive ion channels (opsins) in mammalian cells. The current protocol describes delivery of specific wavelengths of light to opsin-expressing cells in deep brain structures of awake, freely-moving rodents for neural circuit modulation. Theoretical principles of light transmission as an experimental consideration are discussed in the context of performing in vivo optogenetic stimulation. The protocol details the design and construction of both simple and complex laser configurations and describes tethering strategies to permit simultaneous stimulation of multiple animals for high-throughput behavioral testing.

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

Optogenetics has become a powerful tool for use in behavioral neuroscience experiments. This protocol offers a step-by-step guide to the design and set-up of laser systems, and provides a full protocol for carrying out multiple and simultaneous in vivo optogenetic stimulations compatible with most rodent behavioral testing paradigms.

In vivo optogenetische Stimulation des Nager Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Stereotaxic Surgery for Genetic Manipulation in Striatal Cells of Neonatal Mouse Brains

Many genes are expressed in embryonic brains, and some of them are continuously expressed in the brain after birth. For such persistently expressed genes, they may function to regulate the developmental process and/or physiological function in neonatal brains. To investigate neurobiological functions of specific genes in the brain, it is essential to inactivate genes in the brain. Here, we describe a simple stereotaxic method to inactivate gene expression in the striatum of transgenic mice at neonatal time windows. AAV-eGFP-Cre viruses were microinjected into the striatum of Ai14 reporter gene mice at postnatal day (P) 2 by stereotaxic brain surgery. The tdTomato reporter gene expression was detected in P14 striatum, suggesting a successful Cre-loxP mediated DNA recombination in AAV-transduced striatal cells. We further validated this technique by microinjecting AAV-eGFP-Cre viruses into P2Foxp2fl/fl mice. Double labeling of GFP and Foxp2 showed that GFP-positive cells lacked Foxp2 immunoreactivity in P9 striatum, suggesting the loss of Foxp2 protein in AAV-eGFP-Cre transduced striatal cells. Taken together, these results demonstrate an effective genetic deletion by stereotaxically microinjected AAV-eGFP-Cre viruses in specific neuronal populations in the neonatal brains of floxed transgenic mice. In conclusion, our stereotaxic technique provides an easy and simple platform for genetic manipulation in neonatal mouse brains. The technique can not only be used to delete genes in specific regions of neonatal brains, but it also can be used to inject pharmacological drugs, neuronal tracers, genetically modified optogenetics and chemogenetics proteins, neuronal activity indicators and other reagents into the striatum of neonatal mouse brains.

We describe a protocol of stereotaxic surgery with a homemade head-fixed device for microinjecting reagents into the striatum of neonatal mouse brains. This technique allows genetic manipulation in neuronal cells of specific regions of neonatal mouse brains.

Stereotaktischen Chirurgie für Genmanipulation in Striatale Zellen des Neugeborenen Mäusegehirnen

Many genes are expressed in embryonic brains, and some of them are continuously expressed in the brain after birth. For such persistently expressed genes, ...

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

In the central nervous system, the D1-alpha subtype receptor (Drd1&#945;) is the most abundant dopamine (DA) receptor, which plays a vital role in regulating neuronal growth and development. However, the mechanisms underlying Drd1&#945; receptor abnormalities mediating behavioral responses and modulating working memory function are still unclear. Using a novel RNA in situ hybridization assay, the current study identified dopamine Drd1&#945; receptor and tyrosine hydroxylase (TH) RNA expression from DA-related circuitry in the nucleus accumbens (NAc) area and substantia nigra region (SNR), respectively. Drd1&#945; expression in the NAc shows a &#34;discrete dot&#34; staining pattern. Clear sex differences in Drd1&#945; expression were observed. In contrast, TH shows a &#34;clustered&#34; staining pattern. Regarding TH expression, female rats displayed a higher signal expression per cell relative to male animals. The methods presented here provide a novel in situ hybridization technique for investigating changes in dopamine system dysfunction during the progression of central nervous system diseases.

Identification of Dopamine D1-Alpha Receptor Within Rodent Nucleus Accumbens by an Innovative RNA In Situ Detection Technology

Identification of dopamine D1-alpha receptor in the nucleus accumbens is critical for clarifying D1 receptor dysfunction during a central nervous system disease. We performed a novel RNA in situ hybridization assay to visualize single RNA molecules in a specific brain area.