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Method Article
Presentamos un protocolo práctico, paso a paso, rápido para la extracción del cerebro del ratón y la disección de regiones discretas del tejido cerebral fresco. La obtención de regiones cerebrales para el análisis molecular se ha convertido en una rutina en muchos laboratorios de neurociencia. Estas regiones cerebrales se congelan inmediatamente para obtener datos transcriptómicos de alta calidad para el análisis a nivel de sistema.
El cerebro es el centro de mando del sistema nervioso de los mamíferos y un órgano con una enorme complejidad estructural. Protegido dentro del cráneo, el cerebro consiste en una cubierta externa de materia gris sobre los hemisferios conocida como corteza cerebral. Debajo de esta capa residen muchas otras estructuras especializadas que son esenciales para múltiples fenómenos importantes para la existencia. La adquisición de muestras de regiones específicas del cerebro macroscópico requiere pasos de disección rápidos y precisos. Se entiende que a nivel microscópico, existen muchas subregiones y probablemente cruzan los límites regionales arbitrarios que imponemos con el propósito de esta disección.
Los modelos de ratón se utilizan rutinariamente para estudiar las funciones y enfermedades del cerebro humano. Los cambios en los patrones de expresión génica pueden limitarse a áreas específicas del cerebro dirigidas a un fenotipo particular dependiendo del estado de enfermedad. Por lo tanto, es de gran importancia estudiar la regulación de la transcripción con respecto a su organización estructural bien definida. Una comprensión completa del cerebro requiere estudiar distintas regiones cerebrales, definir conexiones e identificar diferencias clave en las actividades de cada una de estas regiones cerebrales. Una comprensión más completa de cada una de estas regiones distintas puede allanar el camino para tratamientos nuevos y mejorados en el campo de la neurociencia. Aquí, discutimos una metodología paso a paso para diseccionar el cerebro del ratón en dieciséis regiones distintas. En este procedimiento, nos hemos centrado en la extirpación y disección del cerebro C57Bl / 6J (6-8 semanas de edad) en ratones machos en múltiples regiones utilizando puntos de referencia neuroanatómicos para identificar y muestrear regiones cerebrales discretas funcionalmente relevantes y relevantes para el comportamiento. Este trabajo ayudará a sentar una base sólida en el campo de la neurociencia, lo que llevará a enfoques más centrados en la comprensión más profunda de la función cerebral.
El cerebro, junto con la médula espinal y la retina, comprende el sistema nervioso central que ejecuta comportamientos complejos, controlados por tipos de células especializadas, posicionadas con precisión e interactivas en todo el cuerpo1. El cerebro es un órgano complejo con miles de millones de neuronas interconectadas y glía con circuitos precisos que realizan numerosas funciones. Es una estructura bilateral con dos lóbulos distintos y diversos componentes celulares2. La médula espinal conecta el cerebro con el mundo exterior y está protegida por hueso, meninges y líquido cefalorraquídeo y enruta mensajes hacia y desde el cerebro 2,3,4. La superficie del cerebro, la corteza cerebral, es desigual y tiene pliegues distintos, llamados giros, y surcos, llamados surcos, que separan el cerebro en centros funcionales5. La corteza es lisa en mamíferos con un cerebro pequeño 6,7. Es importante caracterizar y estudiar la arquitectura del cerebro humano para comprender los trastornos relacionados con las diferentes regiones cerebrales, así como sus circuitos funcionales. La investigación en neurociencia se ha expandido en los últimos años y se están utilizando una variedad de métodos experimentales para estudiar la estructura y función del cerebro. Los desarrollos en los campos de la biología molecular y de sistemas han marcado el comienzo de una nueva era de exploración de la compleja relación entre las estructuras cerebrales y el funcionamiento de las moléculas. Además, la biología molecular, la genética y la epigenética se están expandiendo rápidamente, lo que nos permite avanzar en nuestro conocimiento de los mecanismos subyacentes involucrados en cómo funcionan los sistemas. Estos análisis se pueden llevar a cabo de forma mucho más localizada, para ayudar a orientar la investigación y el desarrollo de terapias más efectivas.
El cerebro de los mamíferos se define estructuralmente en regiones discretas claramente identificables; Sin embargo, las complejidades funcionales y moleculares de estas estructuras discretas aún no se comprenden claramente. La naturaleza multidimensional y de múltiples capas del tejido cerebral hace que este paisaje sea difícil de estudiar a nivel funcional. Además, el hecho de que múltiples funciones sean realizadas por la misma estructura y viceversa complica aún más la comprensión del cerebro8. Es vital que el enfoque experimental ejecutado para la caracterización estructural y funcional de las regiones cerebrales utilice metodologías de investigación precisas para lograr consistencia en el muestreo para correlacionar la arquitectura neuroanatómica con la función. La complejidad del cerebro se ha explicado recientemente utilizando la secuenciación de células individuales 9,10, como el giro temporal del cerebro humano, que se compone de 75 tipos de células distintas 11. Al comparar estos datos con los de una región análoga del cerebro del ratón, el estudio no solo revela similitudes en su arquitectura y tipos de células, sino que también presenta las diferencias. Por lo tanto, para desentrañar los complejos mecanismos, es importante estudiar diversas regiones del cerebro con total precisión. Las estructuras y funciones conservadas entre un cerebro humano y de ratón permiten el uso de un ratón como sustituto preliminar para dilucidar la función cerebral humana y los resultados conductuales.
Con el avance de los enfoques de biología de sistemas, la obtención de información de regiones cerebrales discretas en roedores se ha convertido en un procedimiento clave en la investigación de la neurociencia. Mientras que algunos protocolos, como la microdisección por captura láser12, pueden ser costosos, los protocolos mecánicos son económicos y se realizan utilizando herramientas comúnmente disponibles13,14. Hemos utilizado múltiples regiones cerebrales para ensayos transcriptómicos15 y hemos desarrollado un procedimiento práctico y rápido para diseccionar regiones cerebrales de ratón de interés paso a paso en poco tiempo. Una vez disecadas, estas muestras pueden almacenarse inmediatamente en condiciones frías para preservar los ácidos nucleicos y las proteínas de estos tejidos. Nuestro enfoque se puede realizar más rápido, lo que lleva a una alta eficiencia y permite menos posibilidades de deterioro de los tejidos. En última instancia, esto aumenta las posibilidades de generar experimentos reproducibles y de alta calidad utilizando tejidos cerebrales.
El manejo de animales y los procedimientos experimentales se llevaron a cabo de acuerdo con las directrices europeas, nacionales e institucionales para el cuidado de los animales. Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) en el Centro de Investigación de Salud Ambiental del Ejército de los Estados Unidos, ahora Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed (WRAIR) y se realizaron en una instalación acreditada por la Asociación para la Evaluación y Acreditación del Cuidado Internacional de Animales de Laboratorio (AAALAC).
NOTA: El procedimiento se realizará en ratones machos de seis a ocho semanas de edad de la cepa C57BL/6j sacrificados por luxación cervical16. No se realizan perfusiones en nuestro laboratorio, pero este protocolo podría modificarse mediante el cual se podrían realizar perfusiones para limpiar la sangre de la vasculatura. Todos los suministros necesarios para la disección se enumeran en la Tabla de materiales. La disección se subdivide en tres componentes, incluida la extirpación del cerebro, la extirpación de la glándula pituitaria y la disección cerebral. La intención de la recolección de tejido cerebral es procesarlos para ensayos transcriptómicos después de extracciones de ARN. Tan pronto como se disecciona la región del cerebro, transferimos inmediatamente cada una de las regiones del cerebro a un vial congelador ya etiquetado y luego almacenamos el vial en nitrógeno líquido o -80 ° C.
NOTA: El conocimiento profundo de la neuroanatomía es esencial para realizar este procedimiento. Las secciones horizontales y longitudinales, así como las secciones transversales habituales, deben estudiarse y aprenderse. Dado que el tejido cerebral se degrada muy rápidamente, no hay tiempo para consultar un atlas mientras se realiza este procedimiento.
1. Eliminación del cerebro del ratón
2. Disección de las hipófisis anterior y posterior
NOTA: Las glándulas pituitarias están cubiertas por una membrana muy dura en forma de tienda de campaña, con una cresta que corre lateralmente entre los nervios trigémino izquierdo y derecho. Estas estructuras son extremadamente suaves y delicadas y, como tal, se recomienda que los lóbulos posterior y anterior de las glándulas pituitarias se diseccionen por separado en etapas, in situ, directamente del cráneo. Inmediatamente después de la disección, transferir la glándula pituitaria respectiva a un vial preetiquetado y almacenar el vial en nitrógeno líquido, preferiblemente a -80 °C. La glándula pituitaria descansa exactamente sobre la unión de los huesos occipital y basefenoides; Si se flexionan, la arquitectura pituitaria se interrumpe.
3. Disección cerebral del ratón
NOTA: Inmediatamente después de la extirpación del cerebro y la hipófisis, se realiza una disección adicional en un bloque de acero inoxidable preenfriado (Figura 3). Después de la disección, transfiera las regiones cerebrales a viales preetiquetados y transfiera los viales preferiblemente a nitrógeno líquido de lo contrario -80 ° C. Las estructuras producidas por el método descendente (en orden cronológico) incluyen potencialmente las siguientes: cerebelo (CB), tronco encefálico/cerebro posterior (protuberancia y bulbo raquídeo) (HB), bulbos olfatorios (OB) como bulbos olfativos accesorios, corteza prefrontal medial (MPFC), corteza prefrontal lateral (FCX), cuerpo estriado anterior y posterior (ST), cuerpo estriado ventral (VS) compuesto por el núcleo accumbens (NAC) y tubérculo olfativo (OT), tabique (SE), área preóptica, corteza piriforme (PFM), hipotálamo (HY), amígdala (AY), hipocampo (HC), corteza cingulada posterior (CNG), corteza entorrinal (ERC), mesencéfalo (MB) con tálamo y resto de la corteza cerebral (ROC) (Tabla 1). Se discutirán regiones específicas en orden de aislamiento, trabajando con un solo hemisferio.
Nuestra comprensión de la compleja estructura y función del cerebro está evolucionando y mejorando rápidamente. El cerebro contiene múltiples regiones distintas y la construcción de un mapa molecular puede ayudarnos a comprender mejor cómo funciona el cerebro. En este documento de método, hemos discutido la disección del cerebro del ratón en múltiples regiones distintas (Tabla 1). En este protocolo, las estructuras se identifican en función de los puntos de referencia críticos y se logra man...
El cerebro de los mamíferos es un órgano complejo compuesto por una serie de células morfológicamente distintas y funcionalmente únicas con diversas firmas moleculares y múltiples regiones que realizan funciones especializadas y discretas. El procedimiento de disección que se informa aquí puede tener varios objetivos dependiendo de los requisitos del laboratorio. En nuestro laboratorio evaluamos la transcripción en múltiples regiones cerebrales recolectadas de ratones expuestos al TEPT como el estrés
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a la Sra. Seshmalini Srinivasan, al Sr. Stephen Butler y a la Sra. Pamela Spellman por su asistencia experimental y a la Sra. Dana Youssef por editar el manuscrito. Se agradece el apoyo financiero de USAMRDC. La Fundación de Ginebra contribuyó a este trabajo y fue apoyada por fondos de la Dirección III del Área de Investigación de Medicina Militar y Operacional a través de la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos.
Renuncia:
El material ha sido revisado por el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed. No hay objeción a su presentación y/o publicación. Las opiniones o afirmaciones contenidas en este documento son opiniones privadas del autor, y no deben interpretarse como oficiales, o como reflejando verdaderas opiniones del Departamento del Ejército o el Departamento de Defensa. La investigación se llevó a cabo bajo un protocolo aprobado de uso de animales en una instalación acreditada por AAALAC en cumplimiento con la Ley de Bienestar Animal y otros estatutos y regulaciones federales relacionados con animales y experimentos con animales y se adhiere a los principios establecidos en la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio, Publicación NRC, edición 2011.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Brain Removal | |||
Deaver scissors | Roboz Surgical Store | RS-6762 | 5.5" straight sharp/sharp |
Deaver scissors | Roboz Surgical Store | RS-6763 | 5.5" curved sharp/sharp |
Delicate operating scissors | Roboz Surgical Store | RS-6703 | 4.75" curved sharp/sharp |
Delicate operating scissors | Roboz Surgical Store | RS-6702 | 4.75" straight sharp/sharp |
Light operating scissors | Roboz Surgical Store | RS-6753 | 5" curved Sharp/Sharp |
Micro spatula, radius and tapered flat ends | stainless steel mirror finish | ||
Operating scissors 6.5" | Roboz Surgical Store | RS-6846 | curved sharp/sharp |
Tissue forceps | Roboz Surgical Store | RS-8160 | 4.5” 1X2 teeth 2mm tip width |
Rongeur (optional) | Roboz Surgical Store | RS-8321 many styles to choose | Lempert Rongeur 6.5" 2X8mm |
Pituitary Dissection | |||
Scalpel handle | Roboz Surgical Store | RS-9843 | Scalpel Handle #3 Solid 4" |
and blades | Roboz Surgical Store | RS-9801-11 | Sterile Scalpel Blades:#11 Box 100 40mm |
Super fine forceps Inox | Roboz Surgical Store | RS-4955 | tip size 0.025 X 0.005 mm |
Brain Dissection | |||
A magnification visor | Penn Tool Col | 40-178-6 | 2.2x Outer and 3.3x Inner Lens Magnification, Rectangular Magnifier |
Dissection cold plate | Cellpath.com | JRI-0100-00A | Iceberg cold plate & base |
Graefe forceps, full curve extra delicate | Roboz Surgical Store | RS-5138 | 0.5 mm Tip 4” (10 cm) long |
Light operating scissors | Roboz Surgical Store | RS-6753 | 5" curved sharp/sharp |
Scalpel handle | Roboz Surgical Store | RS-9843 (repeated above) | Scalpel Handle #3 Solid 4" |
and blades (especially #11) | Roboz Surgical Store | RS-9801-11 (repeated above) | Sterile Scalpel Blades:#11 Box 100 40mm |
Spatula | Amazon | MS-SQRD9-4 | Double Ended Spatula Square AND Round End |
Tissue forceps | Roboz Surgical Store | RS-8160 (repeated above) | 4.5” 1X2 teeth |
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