JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

אנו מציגים שיטה ליצירת חלון גולגולת דללה קליפת מוח (TSCW) במודל של עכברים ל In vivo אוקטובר הדמיה של קליפת המוח.

Abstract

טומוגרפיה קוהרנטיות אופטית (אוקטובר) היא טכניקת הדמיה ביו עם רזולוציה גבוהה של מרחב וזמן. עם גישתה פולשנית אוקטובר כבר נעשה שימוש נרחב ברפואת עיניים, רפואת עור, וגסטרואנטרולוגיה 1-3. שימוש בחלון גולגולת דללה קליפת מוח (TSCW), אנו מעסיקים אפנות אוקטובר רפאים-תחום (SD-אוקטובר) ככלי לדימוי לקליפת המוח בגוף חי. בדרך כלל, פתחה את גולגולת שמשה במשך נוירו הדמיה כפי שהוא מספק יותר צדדי, לעומת זאת, גישת TSCW היא פחות פולשנית והוא אומר יעיל להדמיה לטווח ארוכה במחקרי נוירופתולוגיה. כאן, אנו מציגים שיטה ליצירת TSCW במודל עכבר לin vivo אוקטובר הדמיה של קליפת המוח.

Introduction

מאז השקתו בשנת 1990 מוקדמים, אוקטובר כבר נעשה שימוש נרחב להדמיה ביולוגית של מבנה רקמות ותפקוד 2. אוקטובר מייצר תמונות חתך על ידי מדידת עיכוב זמן הד של אור 4 backscattered ידי יישום מקור אור קוהרנטיות נמוך עם interferometer סיבים אופטיים מייקלסון 2,4. SD-אוקטובר, הידוע גם בתחום הפורה אוקטובר (FD-OCT), הוצג לראשונה בשנת 1995 5, ומציע שיטת הדמיה טובה יותר בהשוואה עם הזמן מסורתי תחום אוקטובר (TD-אוקטובר). ב SD-אוקטובר, זרוע ההתייחסות נשמרה נייחת וכתוצאה מכך במהירות גבוהה ורכישה גבוהה במיוחד רזולוציית תמונת 6-9.

כיום, מודלי TSCW היו בשימוש בעיקר ליישומים בהדמיה מוחית vivo של מיקרוסקופיה שני פוטונים במקום craniotomy מסורתי. TSCW אלה שמש במקביל ללוחית גולגולת מותאמת אישית או תלוש כיסוי זכוכית 10-13 לספק ima נוסףגינג יציבות. במחקרים שלנו, יש לנו ציינו כי אבזרים כגון אלה אינם הכרחיים לאוקטובר הדמיה כאשר TSCW משמש. לכן, חוסר צלחת גולגולת או תלושי כיסוי זכוכית מאפשר למגוון רחב יותר של גודל חלון הדמיה כפי שהם עלולים להפריע לקרן האופטית ולשנות תמונות אוקטובר

הכנה-גולגולת דללה הוכיחה להיות יתרון בבדיקות הדמיה של המוח באמצעות מיקרוסקופ שני פוטונים 10-13. בניסויים שלנו, אנו מנצלים מערכת SD-אוקטובר לתמונת קליפת in vivo דרך TSCW. התקנת SD-אוקטובר ההדמיה המותאמת אישית שלנו מכילה פס רחב מקור, נמוך קוהרנטיות אור המורכב משתי דיודות superluminescent (SLD) המרוכזים ב1295 ננומטר ברוחב פס של 97 ננומטר וכתוצאה מכך רזולוציה צירית ורוחבית של 8 מיקרומטר ו 20 מיקרומטר, בהתאמה 14 . עם מכשיר ההדמיה האופטית שלנו, אנו צופים כי באמצעות הדמיה TSCW יש פוטנציאל גדול בזיהוי והדמיית מבנים ופונקציות בoרקמת המוח ptically צפופה.

Protocol

1. הכנת כירורגים

  1. 1 CD עכברים ממין נקבה בגילים שבין 6-8 שבועות שמשו בניסויים שלנו.
  2. הרדם עכבר עם זריקת intraperitoneal של שילוב קטמין וxylazine (80 מ"ג / קילו ketamine/10 מ"ג / קילו xylazine). הנח את העכבר על משטח homeothermic כדי להבטיח טמפרטורת גוף אופטימלית ב~ 37 ° C. ברציפות לפקח רמה של הרדמה על ידי בדק את הרפלקסים של בעלי החיים (למשל, צובט רגל עם מלקחיים בוטים) ולהזריק יותר הרדמה בעת צורך.
  3. סוך שתי העיניים עם משחת דמעה מלאכותית. הסרת שיער על הקרקפת בעזרת סכין גילוח והסרת שיער באמצעות רפידות השיורית prep אלכוהול 70%. למרוח שכבה דקה של קרם להסרת שיער יאיר על הקרקפת ולחכות 2 דקות כדי שזה ייכנס לתוקף. לנגב בעדינות את השיער שנותר ויאיר באמצעות מי מלח הטבול ספוגיות כותנה ורפידות מכינים אלכוהול. קרקפת צריכה להיות עכשיו קרחת לגמרי.
  4. לחטא את הקרקפת בעזרת מקל צמר גפן ולנקות עם פולידין 7רפידות prep אתנול 0%.
  5. לעטוף בזהירות בחית וילאות כירורגיות כדי להבטיח טמפרטורת גוף אופטימלית של ~ 37 מעלות צלזיוס ולצאת לחיים למסגרת stereotaxic כדי לשתק את הגולגולת. קל לנצל את הגולגולת כדי להבטיח את יציבותו. רשימה של חומרים המשמשים מסופקת בטבלת 1.

2. הכנת חלון קליפת מוח, גולגולת דללה

  1. התחל את החתך בנקודת קו האמצע בין העיניים. המשך caudally לנקודת קו האמצע בין האוזניים. חלק העור עם מלקחיים.
  2. אתר את האזור לדילול תחת מיקרוסקופ לנתח ולהסיר בעדינות fascia באמצעות פינצטה. ייבש את הגולגולת עם מטליות כותנה סטריליים לפני יצירת חלון קליפת המוח הדק יותר. בניסויים שלנו, יצרו 4 × 4 מ"מ דלל חלון גולגולתי ~ 1 מ"מ אחורי וצדדי לגבחת.
  3. בגין דילול הגולגולת באמצעות סיבוב קרביד ספחת עם גודל מקדח 0.75 מ"מ במקדחת יד כירורגית באמצעות onl תנועה גורף אורy. אל תפעיל לחץ על ישיר בגולגולת. עצור קידוח כל 20-30 שניות כדי להסיר אבק עצם באמצעות מלוח סטרילית וצמר גפן וכדי להימנע מהתחממות יתר של הגולגולת. המלוח גם יסייע במתפוגג החום לאורך הגולגולת.
  4. ברגע שהשכבה החיצונית של העצם הקומפקטי נמחקה לחלוטין שכבת העצם הספוגית האמצע עכשיו צריכה להיות גלויה. אולי יש איזה דימום קל ככלי דם הם יותר נראים לעין בשכבת העצם הספוגית. לעבור לספחת אבן ירוקה וימשיך קידוח באמצעות זהירות כשכבה הספוגית היא עדינה יותר. ספחת האבן הירוקה תסיר פחות חומר עצם תוך יצירת אחידות בכל החלון גולגולתי. עצור קידוח לעתים כדי להסיר אבק עצם וכדי לקרר את הגולגולת.
  5. לבסוף, כאשר הגולגולת הפכה שקופה יותר ומערכת כלי דם במוח נראה כעת, מתחיל ליטוש הגולגולת באמצעות ספחת ליטוש. זה יאפשר מדויק יותר דליל בזמן החליק את הגולגולת. בדקו רזון של מקll על ידי קשה על זה בעדינות עם מלקחיים. עצור ליטוש כאשר הגולגולת נעשית מעט גמישה.
  6. החלון גולגולתי הדליל עכשיו צריך להיות חלק לגמרי, ומהורהר ומוכן להדמיה (איור 1). בשל האופי של רקמות מאוד פיזור של המוח, הגולגולת צריכה להיות דלילה ללפחות 55 מיקרומטר לחדירים לעומק אופטימלי. רשימה של חומרים המשמשים מסופקת בטבלת 1.

3. טומוגרפיה אופטית קוהרנטיות הדמיה

  1. לאחר הניתוח הושלם, לבדוק את השיעור ורפלקסים הנשימה של בעל חיים כדי להבטיח רמה נאותה של הרדמה ולנהל הרדמה נוספת במידת צורך. הסר חיה ממסגרת stereotaxic, לשמור על בעלי החיים עטופים בוילאות כירורגיות, ובעלי חי תחבורה לתחנת ההדמיה.
  2. לפני ההדמיה לבדוק סימנים לרפלקסים ולהחיל דמעה מלאכותית נוספת במידת צורך. הר חיה על מסגרת stereotaxic כדי לאבטח את הגולגולת.
  3. חית מקום תחתמצלמת אוקטובר ועמדת TSCW תחת הקורה האופטית (איור 2). נוף חתך של הגולגולת והמוח כעת ניתן דמיין (איור 3).
  4. רכישת נתונים יכולה להתחיל מייד בתחום העניין שלו הוא נמצא. לצורך ההדמיה, אנו משתמשים במראות galvo להשיג חלון הדמיה, ברוחב של 4.0 מ"מ. עומק הדמיה של 2 מ"מ שהושג עם 6 מגה ואט של כוח האירוע ומוקד 1 מ"מ מתחת לגולגולת הדקה יותר. כל שטח חתך כלל 2,048 סריקות ציריות עם שיעור רכישה של 0.14 שניות לכל תמונה.
  5. סריקות נפחיות של המוח יכולות גם להיות מושגת על ידי איסוף סדרה של תמונות 2D חתך באמצעות שתי קבוצות של מראות galvo לxy סריקה עם המראה הראשונה galvo סריקת האלומה בכיוון sagittal ומראה galvo 2 סריקה בעטרה כיוון.

תוצאות

לאחר יצירת חלון דליל מעל קליפת מוח vasculature עכשיו צריך להיות יותר חזותי בולט (איור 1) ויאפשר לעומק הדמיה עמוקה יותר (עד 1 מ"מ). קליפת מוח הימין התמעטה כ 55 מיקרומטר לעומת גולגולת רגילה נמדדה ב 140 מיקרומטר (איור 1) ומספקת בהירות אופטית גדולה יותר. בהמשך לדי...

Discussion

הדמיה עם אוקטובר ו- גולגולת דלילה היא טכניקת נוירו הדמיה חדשנית שרק נחקרה 15, 16 לאחרונה. בניסויים שלנו, אנחנו הוכחנו את הכדאיות של SD-אוקטובר הדמיה באמצעות TSCW במודל של עכברים בגוף חי. מהתוצאות שלנו, הגולגולת דקה יותר בכ 55 מיקרומטר ועומק החדירה מתקבל בכ 1 מ"מ ?...

Disclosures

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי הוכחת UC גילוי הענקת קונספט ועל ידי NIH (R00 EB007241). המחברים רוצים גם להודות לז'קלין האברד על סיועה בניסוי זה.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
חומרים חברה מספר קטלוגים תגובות
קטמין תרופות פניקס 57319-542-02
Xylazine Akorn, Inc 139-236
משחת דמעות מלאכותית רוגבי 0536-6550-91
תאיר הכנסייה & דווייט ושות, Inc 4010130
האלכוהול סטרילי Prep Pad קנדל בריאות 6818
כותנת כטיפ Applicators Fisherbrand 23-400-115
Swabstick התמיסה פולידין מוצרי פרדו 67618-153-01
תמיסת מלח, .9% תרופות פניקס 57319-555-08
מסגרת Stereotactic Stoelting
מקדחת יד כירורגים במהירות גבוהה Foredom 38000 סל"ד
קרביד הסיבוב Bur Stoelting 0.75 מ"מ
אבני דורא ירוק Shofu שאנק: HP
צורה: BA1
CompoMaster גס וCompoMaster לטש Shofu צורה: מיני Pt.
SpaceDrapes Braintree Scientific, Inc

References

  1. Bizheva, K., Unterhuber, A., Hermann, B., Povazay, B., Sattmann, H., Drexler, W. Imaging ex vivo and in vitro brain morphology in animal models with ultrahigh resolution optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. 9, 719-724 (2004).
  2. Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography for ultrahigh resolution in vivo imaging. Nature Biotechnology. 21, 1361-1367 (2003).
  3. Wantanabe, H., Rajagopalan, U. M., Nakamichi, Y., Igarashi, K. M., Kadono, H., Tanifuji, M. Swept source optical coherence tomography as a tool for real time visualization and localization of electrodes used in electrophysiological studies of brain in vivo. Biomedical Optics Express. 2, 3129-3134 (2011).
  4. Huang, D., Swanson, E. A., Lin, C. P., Schuman, J. S., Stinson, W. G., Chang, W., Hee, M. R., Flottee, T., Gregory, K., Puliafito, C. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography. Science. 254, 1178-1181 (1991).
  5. Mitsui, T. Dynamic range of optical reflectometry with spectral interferometry. Japanese Journal of Applied Physics. 38, 6133-6137 (1999).
  6. de Boer, J. F., Cense, B., Park, B. H., Pierce, M. C., Tearney, G. J., Bouma, B. Improved signal-to-noise ratio in spectral-domain compared with time-domain optical coherence tomograhy. Optics Letters. 28, 2067-2069 (2003).
  7. de Boer, J. F. Ch. 5. Optical Coherence Tomography: Technology and Applications. , (2008).
  8. Choma, M. A., Sarunic, M. V., Yang, C., Izatt, J. A. Sensitivity advantage of swept source and fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 11, 2183-2189 (2003).
  9. Leitgeb, R. A., Drexler, W., Unterhuber, A., Hermann, B., Bajraszewski, T., Le, T., Stingl, A., Fercher, A. F. Ultrahigh resolution fourier domain optical coherence tomography. Optics Express. 12, 2156-2165 (2004).
  10. Drew, P. J., Shih, A. Y., Driscoll, J. D., Knutsen, P. M., Blinder, P., Davalos, D., Akassoglou, K., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. Chronic optical access through a polished and reinforced thinned skull. Nature Methods. 7, 981-984 (2010).
  11. Shih, A. Y., Mateo, C., Drew, P. J., Tsai, P. S., Kleinfeld, D. A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse. J. Vis. Exp. 61, e3742 (2012).
  12. Yang, G., Pan, F., Parkhurst, C. N., Grutzendler, J., Gan, W. Thinned-skull cranial window technique for long-term imaging of the cortex in live mice. Nature Protocols. 5, (2010).
  13. Lu, M., Majewska, S., K, A., Gelbard, H. A. A Thin-skull Window Technique for Chronic Two-photon In vivo Imaging of Murine Microglia in Models of Neuroinflammation. J. Vis. Exp. (43), e2059 (2010).
  14. Wang, Y., Oh, C. M., Oliveira, M. C., Islam, M. S., Ortega, A., Park, B. H. GPU accelerated real-time multi-functional spectral-domain optical coherence tomography system at 1300nm. Optics Express. 20, 14797-14813 (2012).
  15. Aguirre, A. D., Chen, Y., Fujimoto, J. F. Depth-resolved imaging of functional activation in the rat cerebral cortex using optical coherence tomography. Opt. Lett. 31, 3459-3461 (2006).
  16. Chen, Y., Aguirre, A. D., Ruvinskaya, L., Devor, A., Boas, D. A., Fujimoto, J. G. Optical coherence tomography (OCT) reveals depth-resolved dynamics during functional brain activation. Journal of Neuroscience Methods. 178, 162-173 (2009).
  17. Liang, C., Wierwille, J., Moreira, T., Schwartzbauer, G., Jafri, M. S., Tang, C., Chen, Y. A forward-imaging needle-type OCT probe for image guided stereotactic procedures. Opt Express. 19, 26283-26294 (2011).
  18. Srinivasan, V. J., Sakadzic, S., Gorczynska, I., Ruvinskaya, S., Wu, W., Fugimoto, J. G., Boas, D. A. Quantitative cerebral blood flow with optical coherence tomography. Optics Express. 18, 2477-2494 (2010).
  19. Galetta, K. M., Calabresi, P. A., Frohman, E. M., Balcer, L. J. Optical Coherence Tomography (OCT): imaging the visual pathway as a model for neurodegeneration. The Journal of the American Society for Experimental NeuroTherapeutics. 8, 117-132 (2011).
  20. Seigo, M. A., Sotirchos, E. S., Newsome, S., Babiarz, A., Eckstein, C., Ford, E., Oakley, J. D., Syc, S. B., Frohman, T. C., Ratchford, J. N., Balcer, L. J., Frohman, E. M., Calabresi, P. A., Saidha, S. In vivo assessment of retinal neuronal layers in multiple sclerosis with maual and automated optical coherence tomography segementation techniques. J. Neurol. , (2012).
  21. Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis. Nature Clinical Practice. 4, 664-675 (2008).
  22. Gill, A. S., Rajneesh, K. F., Owen, C. M., Yeh, J., Hsu, M., Binder, D. K. Early optical detection of cerebral edema in vivo. J. Neurosurg. 114, 470-477 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

Neuroscience69BioengineeringTSCWSpectral SD

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved