Unser Labor widmet sich der punktuellen Anwendung von ultraschallbasierten Technologien zur Untersuchung der Gehirnfunktion und zur Behandlung von Hirnstörungen. Unsere aktuelle Forschung dreht sich hauptsächlich um zwei Schlüsselfehler: die funktionelle Ultraschallbildgebung und die fokussierte Ultraschall-Neuromodulation. Die Neuromodulation mit Fokus auf Ultraschall gilt als potenzieller Ansatz für Hirneingriffe beim Menschen, ihre Mechanismen sind jedoch unklar.
Kürzlich wurde die Integration der Faseroptometrie und der Fokus auf Ultraschall-Neuromodulation als nützlich für das Screening wirksamer Parameter zur Modulation spezifischer Neurotypen in verschiedenen entwicklungsfähigen Regionen anerkannt. Dieses Protokoll zielt darauf ab, die ultraschallmodulierte Neuroaktivität bei frei beweglichen Mäusen ohne Anästhesie oder stereotaktische Rahmenfixierung zu erkennen, indem sie die minimalinvasive Faseroptometrie-Technologie verwenden, um die Kalziumdynamik als Maß für die Neuroaktivität unter dem Implantat zu erfassen. Es mildert mögliche Störeffekte von Kulturgeräuschen, Vibrationen der Sonde selbst.
Dieses Protokoll eignet sich zur Untersuchung von Wahrnehmung, Koordination und Verhalten. Es ermöglicht die Untersuchung der beteiligten passenden Enzyme der Ultraschall-Neuromodulation und die Entwicklung neuartiger Parameterstellen zur Behandlung von Hirnerkrankungen. Bereiten Sie zunächst eine piezoelektrische Platte vor.
Befestigen Sie den Draht mit Epoxidsilberpaste an beiden Seiten der piezoelektrischen Platte. Sobald die Epoxidpaste erstarrt ist, messen Sie mit einem Multimeter den Widerstand an beiden Enden des Drahtes, um sicherzustellen, dass er ungefähr Null ist. Bringen Sie dann eine Schicht doppelseitiges Klebeband auf eine saubere Glasscheibenoberfläche auf.
Kleben Sie die piezoelektrische Platte und den Kupferring fest auf die Glasscheibe. Führen Sie das Polypropylenrohr mit einem Außendurchmesser von drei Millimetern sicher in die Mitte der piezoelektrischen Platte ein und kleben Sie es fest auf die Glasscheibe. Saugen Sie nun den vorbereiteten Epoxidharzkleber ab.
Extrahieren Sie das Epoxidharz mit einer Einwegspritze und injizieren Sie es langsam in den Kupferring. Löten Sie mit einem elektronischen Lötkolben die losen Enden von zwei Drähten auf den Bajonettmutterstecker. Reinigen Sie nach dem Entfernen der Glasscheibe die Oberfläche des Wandlers mit Alkohol.
Stellen Sie zunächst das Hydrophon und den Wandler in einen Wassertank, der mit entionisiertem Wasser gefüllt ist. Entdecken Sie ein Feldmaximum in der Fokusebene durch 2D-Scannen. Identifizieren Sie dann ein Feldmaximum in einer anderen Ebene mit einem klaren Maximum.
Nachdem Sie die X- und Y-Koordinaten der beiden Maxima verglichen haben, passen Sie bei Bedarf die Position und Ausrichtung des Wandlers an. Stellen Sie die Hydrophonspitze so ein, dass sie einen Millimeter von der Wandleroberfläche entfernt ist, und positionieren Sie sie in der Mitte der rechten Kante. Starten Sie dann das Scanprogramm, um das freie akustische Feld in der XC-Ebene zu erfassen.
Verschieben Sie das Hydrophon entlang der Z-Achse, um die Tiefen zu bestimmen, die dem räumlichen Spitzendruck zugeordnet sind. Bewegen Sie anschließend das Hydrophon in die untere rechte Ecke des Wandlers in der XY-Ebene. Schalten Sie das Schema ein und starten Sie es, um das freie akustische Feld in der XY-Ebene zu erfassen.
Nachdem Sie den Schallkopf auf dem Schädel der präparierten Maus platziert haben, erfassen Sie den XC im transkraniellen akustischen Feld der XY-Ebene durch Hydrophon-Scanning. Lesen Sie die Druckamplituden ab. Lesen Sie die Fokusabmessungen bei 3 Dezibel und die Position auf der XY- und XC-Ebene innerhalb des transkraniellen akustischen Feldes ab. Melden Sie die Impuls-Timing-Parameter, einschließlich Amax, Impulsdauer, Impulswiederholintervall, Impulsfolgedauer und Hüllkurve.
Schneiden Sie zunächst mit einem Fader die Haare auf dem Kopf des betäubten Tieres ab und desinfizieren Sie den Bereich mit 70% Ethanol und Povidon-Jod. Platzieren Sie die Maus in Bauchlage auf dem stereotaktischen Rahmen. Machen Sie einen Schnitt entlang der sagittalen Naht, beginnend vom Hinterhauptbein bis zum Anfang des Nasenbeins.
Sobald die Haut, die die Hemisphären bedeckt, entfernt ist, verwenden Sie sterile Kochsalzlösung, um den Schädel zu reinigen und alle verbleibenden Knochenhaut zu entfernen. Tragen Sie mit einem Wattestäbchen etwa zwei bis drei Sekunden lang 3 % Wasserstoffperoxid auf den freiliegenden Schädel auf, um Mikroporen zu erzeugen. Spülen Sie anschließend gründlich mit steriler Kochsalzlösung ab und stellen Sie sicher, dass der Bereich vollständig trocken ist.
Erstellen Sie als Nächstes eine Bohrlochkraniotomie mit einem Durchmesser von 0,6 Millimetern. Waschen Sie alle Rückstände mit steriler Kochsalzlösung ab. Führen Sie die faseroptische Ferrule in den Sondenhalter ein und verbinden Sie sie mit dem stereotaktischen Arm.
Verwenden Sie den stereotaktischen Arm, um das Implantat direkt über dem interessierenden Bereich auszurichten und in den interessierenden Bereich einzusetzen. Verteilen Sie nun mit einem sterilen Zahnstocher eine dünne Schicht vorbereiteten Zahnzements über den Schädel und auf den unteren Teil des Implantats. Nehmen Sie den Sondenhalter vorsichtig ab.
Bereiten Sie ein Polypropylenrohr vor und schneiden Sie es der Länge nach ab. Befestigen Sie das Rohr mit einer Pinzette an der Unterseite des Implantats. Nachdem Sie das Zahnzementpulver in das Rohr gegossen haben, fügen Sie die erforderliche Flüssigkeit hinzu und lassen Sie den Zahnzement einige Minuten lang fest werden.
Suchen Sie die Rohröffnung und klemmen Sie sie vorsichtig fest, um sie mit einer Pinzette zu entfernen. Nachdem Sie die Zahnzementmischung für das Auftragen vorbereitet haben, stellen Sie sicher, dass eine gleichmäßige und dünne Schicht auf dem Schädel verteilt ist. Bohren Sie dann drei Löcher in den 3D-gedruckten Ring.
Befestigen Sie die Schrauben in den entsprechenden Löchern. Führen Sie die Oberseite des Implantats in das Loch des vorgefertigten Schallkopfes ein. Stellen Sie sicher, dass die Innenwand des 3D-gedruckten Rings glatt ist.
Platzieren Sie es dann um den Schallkopf, der am Schädel der Maus positioniert ist. Tragen Sie Zahnzement auf die Verbindung zwischen dem Ring und dem Schädel auf. Warten Sie dann einige Minuten, bis sich der Zahnzement verfestigt hat.
Entfernen Sie vorsichtig den Geber und ziehen Sie die Schrauben fest an. Nachdem Sie die anästhesierte Maus auf dem stereotaktischen Rahmen positioniert haben, reinigen Sie die Oberseite des Implantats mit Alkohol. Injizieren Sie Wasser und ein Haftvermittler in den Raum zwischen dem Implantat und dem 3D-gedruckten Ring.
Führen Sie das LWL-Patchkabel in die Mitte des vorbereiteten Wandlers ein. Verbinden Sie dann das Implantat mit dem LWL-Patchkabel. Führen Sie den Schallkopf vorsichtig in den Bereich ein.
Platzieren Sie als Nächstes die Maus auf einem freien Feld und lassen Sie sie aufwachen. Schließen Sie den Wandler an das Ultraschallanregungssystem an und verbinden Sie das Glasfaser-Patchkabel mit dem Glasfaseraufzeichnungssystem. Aktivieren Sie sowohl das Ultraschall-Anregungsgerät als auch das optische Faseraufzeichnungssystem.
Die optischen Fasersignale wurden unter fokussierter Ultraschall-Neuromodulation aufgenommen, wobei die Hüllkurven quadratisch bzw. sinusförmig waren. Das Rechtecksignal dauerte 300 Millisekunden, während das kontinuierliche sinusförmige Signal 471 Millisekunden dauerte.
