JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Метод, изложенный ниже, направлен на обеспечение всеобъемлющего протокола подготовки нейрохирургии нечеловеческих приматов (NHP) с использованием нового сочетания трехмерных (3D) методов печати и извлечения мрт данных.

Аннотация

В этой работе мы наметим метод хирургической подготовки, который позволяет практическое планирование различных нейрохирургов в NHPs исключительно с использованием данных, извлеченных из магнитно-резонансной томографии (МРТ). Этот протокол позволяет для генерации 3D печатных анатомически точных физических моделей мозга и черепа, а также агарозы гель модель мозга моделирования некоторых механических свойств мозга. Эти модели могут быть извлечены из МРТ с помощью программного обеспечения для извлечения мозга для модели мозга, и пользовательский код для модели черепа. Протокол подготовки использует самые современные технологии 3D-печати, чтобы сделать взаимопоморотные мозги, черепа и формы для моделей мозга геля. Модели черепа и мозга могут быть использованы для визуализации тканей мозга внутри черепа с добавлением краниотомии в пользовательском коде, что позволяет лучше подготовиться к операциям непосредственно с участием мозга. Применение этих методов предназначено для операций, связанных с неврологической стимуляцией и записью, а также инъекциями, но универсальность системы позволяет в будущем расширить протокол, методы экстракции и модели до более широкого спектра операций.

Введение

Примат исследования были ключевым шагом в прогрессировании медицинских исследований от животных моделей для человеческихиспытаний 1,2. Это особенно важно при изучении нейробиологии и нейротехники, так как существует большое физиологическое и анатомическое несоответствие между мозгом грызунов и мозгом нечеловеческих приматов (NHP)1,2,3. С появлением генетических технологий, таких как хемогенетика, оптогенетика, и кальция изображений, которые требуют генетической модификации нейронов, нейронной инженерии исследования изучения нервной функции в NHP получила особое внимание в качестведоклинтической модели для понимания функциимозга 2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. В большинстве экспериментов NHP неврологии, нейрохирургические меры необходимы для имплантации различных устройств, таких как головные столбы, стимуляции и записи камер, электродныхмассивов и оптических окон 4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.

Текущие лаборатории NHP используют различные методы, которые часто включают неэффективные методы, включая облечение животного, чтобы соответствовать ногам головы и приблизить кривизну черепа вокруг места краниотомии. Другие лаборатории подходят головной столб черепа в хирургии или использовать более продвинутые методы получения необходимых измерений для имплантации, как анализ атласа мозга NHP и магнитного резонанса (MR) сканирует, чтобы попытаться оценитькривизны черепа 2,10,11,16. Нейрохирургии в NHPs также включают инъекции жидкости, и лаборатории часто не имеют никакого способа визуализировать прогнозируемые места инъекциив головном мозге 2,4,5,13,14 опираясьисключительно на стереотаксис измерений и сравнения с MR сканирования. Эти методы имеют степень неизбежной неопределенности от того, чтобы быть не в состоянии проверить физическую совместимость всех сложных компонентов имплантата.

Таким образом, существует необходимость в точном неинвазивном методе нейрохирургического планирования в NHPs. Здесь мы представляем протокол и методологию подготовки имплантации и инъекций этих животных. Весь процесс проистекает из МРТ, где мозг и череп извлекаются из данных для создания трехмерных (3D) моделей, которые затем могут быть напечатаны 3D. Модели черепа и мозга могут быть объединены для подготовки к черепно-мозговой операции, а также головы должности с повышенным уровнем точности. Модель мозга также может быть использована для создания формы для литья анатомически точной модели геля мозга. Гель мозга в одиночку и в сочетании с извлеченным черепом может быть использован для подготовки к различным инъекциям операций. Ниже мы опишем каждый из шагов, необходимых для МРТ на основе инструментария для нейрохирургической подготовки.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Все процедуры для животных были одобрены Институтом по уходу за животными и использованию животных При Вашингтонского университета. Были использованы два самца резус-макаки (обезьяна H: 14,9 кг и 7 лет, обезьяна L: 14,8 кг и 6 лет).

1. Приобретение изображений

  1. Транспорт обезьяны на 3T МРТ сканер и поместите животное в MR-совместимых стереотаксис кадра(Таблица материалов).
  2. Запись стандартного T1 (угол флипа - 8 ", время повторения/эхо времени - 7,5/3,69 с, размер матрицы - 432 х 432 х 80, продолжительность приобретения - 103,7 с, Multicoil(Таблицаматериалов ), количество средних - 1, толщина ломтика - 1 мм) анатомических MR-изображений.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для успешной изоляции черепа используйте параметры приобретения МРТ, применяемые здесь, чтобы максимизировать разделение между черепом и мозгом.

2. Извлечение мозга

  1. В программном обеспечении для визуализации МОЗГА выберите Open | Открытое изображение. Загрузите T1 Быстрая магнетизация Подготовлено быстрого градиента Эхо (MPRAGE) сканирование приобрел в шаге 1.2 в программное обеспечение для визуализации MR(Таблица материалов).
  2. Для извлечения мозга, под меню высадки Plugins выберите Extract Brain (BET). Экстракт при пороге интенсивности около 0,5–0,7 и установите пороговое значение градиента до 0. Неоднократно используйте функцию извлечения при последовательно более низких порогах интенсивности до тех пор, пока сканирование не содержит только корковой анатомии(рисунок 1B).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это итеративный процесс, потому что программное обеспечение не предназначено для мозга NHP и экстракция не является точной
  3. В меню "Область интереса" (ROI) выберите Порог рентабельности инвестиций и выберите опцию для Shrink Wrap и 3D, чтобы создать битовую карту мозга. Это преобразует объем в двоичные биты из градиента, который упрощает будущие процессы генерации моделей. Выберите порог (обычно около 600), чтобы изолировать мозг от окружающих тканей. Этот порог можно найти, зависая над серым материей. Выберите OK для формирования бит-карты.
  4. Чтобы создать поверхность, выберите Build Surface под меню изображения и вейте порог, используемый для извлечения мозга в шаге 2.3. Затем выберите OK. Полученная поверхность может быть использована в качестве эталона для корректировки порогового значения для получения наивысшего представления качества целевой анатомии(рисунок 1C).
  5. Под вкладкой файла выберите Сохранить или Сохранить,как , и сохранить извлеченные рентабельности мозга, как .nii или .nii.gz файл для использования в создании модели мозга.

3. Моделирование мозга

  1. Выберите данные о | Выберите файлы для добавления и загрузки извлеченного мозга, сохраненного в файле .nii или .nii.gz в программном обеспечении для обработки медицинскихизображений (Таблица материалов).
  2. Наведите курсор на приветствие, чтобы слайкер упал меню в панели инструментов модулей и перейти ко всем модулям. Из этого меню выберите функциональность редактора. Нажмите OK на всплывающее предупреждение.
  3. Из меню модуля редактора выберите Эффект Порога и отрегулируйте ползунки порогового диапазона, чтобы часть бит-карты, содержащей мозг, была выделена во всех трех срезах. При загрузке bitmap, регулировка обоих ползунок на значение 1 выбирает весь мозг. Выберите Применить.
  4. Откройте модуль создателя модели, а в входных объемах меню высадки выберите файл bitmap, генерируемый в шаге 3.3. В соответствии с моделями выберите Создание новой иерархии моделей. Назначив имя модели иерархии, выберите Apply для создания тома.
  5. Сохраните файл в формате .stl.
  6. Для дальнейшего изменения модели мозга загрузите файл .stl в качестве графического тела в программном обеспечении для проектирования с помощью компьютера(Таблица материалов)
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это может занять некоторое время, так как импортированные поверхности мозга сетки часто довольно сложны.
  7. После того, как файл импортируется, в дереве функций на левой стороне экрана нажмите на детей графического тела и подавить ненужные графические функции, пока только функции, содержащие мозг остаются в файле. Сохраните оставшийся файл как .prt для дальнейших манипуляций и как .stl для 3D-печати. Сохраните оставшийся файл как .prt для дальнейших манипуляций и как .stl для 3D-печати.

4. Мозг литья

  1. Загрузите извлеченную модель мозга из раздела 3 в программное обеспечение для проектирования с помощью компьютера, открыв файл .prt. Под разделом функций меню вставки выберите Преобразование в тело сетки. Выберите графическое тело мозга и преобразовать его.
  2. Создание правой и левой формы полного мозга
    1. Нажмите кнопку Эскиз и выберите верхнюю плоскость в качестве плоскости эскиза. Нарисуйте прямоугольник, содержащий полностью правое или левое полушарие мозга. Выберите экструды босса / базы функцию в то время как в эскизе и экструды кубический прямоугольник, чтобы содержать верхнюю часть мозга.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Куб, возможно, придется экструдирован в двух направлениях, чтобы содержать все полушарие. Это потому, что нулевая точка, где находится плоскость экструзии, может упасть внутри модели мозга. Экструдирование в обоих направлениях гарантирует, что плесень будет охватывать весь объем интереса.
    2. В разделе функций меню «вставить» выберите Преобразование в тело сетки. Выберите экструдированную куб в папке Твердые тела и преобразуй его. Чтобы создать отрицательное пространство, вычесть модель мозга из недавно выдавливания куба с помощью функции Комбината и выбрать вариант вычитания.
    3. Повторите шаги 4.2.1 и 4.2.2 для другого полушария мозга (слева или справа) и сохраните полученные файлы как .stl для 3D-печати и .prt для дальнейших манипуляций.
  3. Создание правой и левой формы верхней половины мозга.
    1. Создайте эскиз в верхней плоскости и нарисуйте прямоугольник, содержащий полностью правое или левое полушарие мозга. Выберите функцию extrude boss/base, находясь в эскизе, и экструдиру с выбранной функцией Offset from Plane. Смещение экструзии на расстояние, где Нет нависающих контуров в анатомии мозга, захватив только верхнюю анатомию. В разделе функций меню «вставить» выберите Преобразование в тело сетки. Выберите экструдированную куб в папке Твердые тела и преобразуй его.
    2. Чтобы создать отрицательное пространство, вычесть модель мозга из недавно выдавливания куба с помощью функции Комбината и выбрать вариант вычитания.
    3. Создайте плоскость эскиза на спинной стороне формы и выберите Преобразование сущностей, а затем выберите эскиз из шага 4.3.1.
    4. Выберите экструды босса / базы функцию в то время как в эскизе и, с слепой экструд вариант выбран, экструдировать твердое тело примерно 5 мм, чтобы полностью приложить вычитается анатомии мозга в форме.
    5. Повторите шаги 4.3.1'4.3.4 для другого полушария мозга (слева или справа) и сохраните полученные файлы в качестве .stl для 3D-печати и .prt для дальнейших манипуляций.
  4. Изменяя размеры и расположение куба и следуя одному и тому же протоколу (шаги 4.1 и 4.2), создавайте формы, которые содержат различные части мозга.
  5. Для 3D-печати используйте плотность заполнения на 70% и увеличьте толщину внешней оболочки печати, чтобы свести к минимуму утечку литьего материала. Если есть пробелы или дефекты в печати, заполнить их с помощью лака для ногтей или другого связывающего агента.

5. Моделирование черепа

  1. Импортируем МРТ-МРТ ОТ КВИК из шага 1.2 в программное обеспечение для матричных манипуляций в качестве файла DICOM. Файл DICOM может быть в отдельных 2D кадрах. Если это так, объединить все кадры в 3D-матрицу. Убедитесь, что каждый 2D-кадр матрицы отображает коронный срез.
  2. Создайте двоичную маску, порог 3D-матрицы, используя больше, чем оператор для отдельных значений пикселей. Отрегулируйте порог таким образом, чтобы анатомия черепа была захвачена маской (см. Дополнительный кодирующий файл CalibrateMask).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Маска будет содержать четыре различных слоя. Снаружи их будут называть «внешними», «мускулатурами», «черепом» и «мозгом». На данном этапе , "вне" и "череп" являются 0 в маске, и "мускулатура" и "мозг" являются 1's.
  3. Чтобы удалить слой «мускулатуры», обработать каждый кадр из 3D-маски отдельно, итеративно хватая 2D-срез из маски (т.е. 3D_Mask (:,:,1)).
    1. Для каждого кадра выберите 0 пикселей из углов кадра в «внешнем» слое в качестве «семени». Затем ищите соседние 0,5 до тех пор, пока не столкнетесь с 1 пикселем. Продолжить поиск, пока не более 0 можно найти. Преобразуй все подключенные 0's к 1's. Это делается с помощью функции Matlab "imfill", с входами и выходами, которые являются "MASK2" и imfill (MASK1, LOCATIONS, CONNECTIVITY), где MASK1 является вашей оригинальной маской, и MASK2 является заполненным маской (см. Дополнительный файл кодирования FillExterior).
  4. Некоторая информация о черепе будет потеряна во время удаления. Чтобы уменьшить потерю информации, выполните шаг 5.3 во всех трех измерениях данных и держите их отдельно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Теперь и "вне" и "мускулатура" являются 1, и будет рассматриваться как "вне". Маска теперь содержит три различных слоя, "снаружи", "череп" и "мозг". "Снаружи" и "мозг" являются 1, и "череп" 0's.
  5. Инвертировать значения маски с помощью оператора (т.е. MASK2 и MASK1). Теперь "череп" 1 и "вне" и "мозг" являются 0's.
  6. 1, которые касаются друг друга в каждой маске можно считать "объекты". Создайте индекс всех объектов в каждой маске с помощью функции Matlab "bwconncomp", при этом входные данные и выходы — это «CC» и bwconncomp (MASK), где MASK является матрицей 3D-маски, а CC — структурным объектом, содержащим значения индекса для каждого объекта, количество объектов и размер матрицы. Для каждой маски удалите все объекты, за исключением самого большого, содержащего наибольшее количество вокселей, установив значения меньших объектов на 0 (см. Дополнительный файл кодирования RemoveNoise).
  7. Добавьте маски, созданные из каждого прохода вместе (см. Дополнительный файл кодирования MergeMasks).
  8. Масштабировать мозг до последовательного разрешения.
    1. Из заголовка DICOM сравните размер шага между каждым кадром МРТ с размерами каждого пикселя.
    2. Если эти значения отличаются, определите коэффициент масштаба, чтобы компенсировать разницу в разрешении между размером шага и размером пикселя для каждого воксела. Например, если каждая рама находится на 1 мм друг от друга, а размер пикселей составляет 0,33 мм х 0,33 мм, коэффициент масштаба будет 3.
    3. Добавьте дополнительные пустые воксельы в 3D маску до тех пор, пока измерение наименьшего разрешения маски не будет больше по фактору, определяемому коэффициентом масштаба (см. Дополнительный файл кодирования "ScaleMask").
    4. Линейно интерполировать значения в маске до тех пор, пока маска заполняет новое пространство.
    5. Экспорт черепа как файл .stl или аналогичный файл для 3D-печати.

6. Создание краниотомии в 3D модели черепа

  1. Используя файл МРТ из шага 5.1, вручную определите приблизительное расположение краниотомии из анатомических ориентиров, найденных в атласе мозга макаки (например, центральный сулькус)19.
    1. Просмотр отдельного фрагмента 3D-матрицы (по аналогии с шагом 5.3).
    2. Ручное сканирование вперед или назад через 3D-матрицу до тех пор, пока не будут расположены узнаваемые анатомические ориентиры.
    3. Сохраните номер кадра в качестве координаты z (т.е. 3D_Mask (::,:,z)
    4. Используйте инструмент выбора данных, чтобы сохранить координаты x и y одной точки на этом кадре, чтобы краниотомия была сосредоточена на использовании функции Matlab "getpts", при этом входные данные и выходы были «x,y» и getpts. "getpts" открывает пользовательский интерфейс, нажмите на нужный кадр (см. Дополнительный кодирующий файл LocateCraniotomy).
  2. Преобразование радиуса предполагаемой краниотомии с мм на воксели с использованием информации в заголовке DICOM.
  3. Используя точку, указанную в шаге 6.1 в качестве центральной точки, установите все воксели в радиусе, определяемом в 6,2 к нулю в маске от шага 5.8.4 с использованием дополнительного файла кодирования Craniotomy, где входы и выходы являются «craniotomyMask» и Craniotomy (маска, x, y, z, радиус, X, Y, , , разрешение), где cranitomyMask является 3D матрицы с краниотомией удалены, маска является начальной 3D-матрицы, х,y, z являются центропоинт координаты краниотомии, радиус радиус краниотомии, X, Y, являются сетки векторов 3D матрицы, и разрешение вашего радиуса определяется в шаге 6.2 (см.Дополнение файла).
  4. Для нескольких краниотомий повторите шаги 6.1-6.3 для каждой уникальной краниотомии.
  5. Экспорт черепа как файл .stl или аналогичный файл для 3D-печати.

7.3D печать

ПРИМЕЧАНИЕ: Используются два типа 3D-принтеров дляфизических прототипов (Таблицаматериалов). Для следующих спецификаций все настройки программного обеспечения для 3D-принтера и печати должны быть по умолчанию, если не указано иное.

  1. Для того, чтобы распечатать прототипы и формы, используйте стандартный принтер PLA (Таблица материалов) и создать G-код со следующими настройками принтера и программного обеспечения: внутренняя плотность 50% (это особенно важно для форм, поскольку они должны держать жидкость), быстрый сотовый внутренний шаблон заполнения, ректилинейный внешний шаблон заполнения, температура пластины 50 градусов по Цельсию, и экструдерная температура .
  2. Для того, чтобы печатать более высокие модели верности мозга и черепа использовать промышленный принтер, чтобы сделать комбинированный отпечаток acrylonitrile butadiene styrene (ABS) для модели и растворимый вспомогательный материал (Таблица материалов). Затем создайте G-код и со следующими настройками принтера: заполните стиль Sparse - High Density. Все остальные настройки будут автоматически настроены на соответствующую настройку по умолчанию.
    1. Растворите модель в опорерастворителя (Таблицаматериалов) за 12 ч.
  3. После реализации соответствующих настроек принтера нажмите «Начать» и посмотрите первый слой печати, чтобы убедиться, что базовый слой чист и овея.
  4. После 3D-печати формы, патч любые видимые отверстия с лаком дляногтей (Таблица материалов),чтобы гарантировать более жесткие уплотнения.
    ПРИМЕЧАНИЕ: 3D печатные модели мозга и черепа могут быть объединены путем вставки модели мозга в открытое дно черепа. Удаление анатомии глаз может облегчить размещение модели мозга, не теряя важной информации. При размещении внутри черепа мозг естественным образом выравнивается до анатомически правильного положения.

8. Подготовка агарозы

  1. Смешайте порошок агара(таблица материалов)и порошок жвачки саранчи(Таблица материалов)в соотношении 1:4 по массе.
  2. Комбинат порошковой смеси с 1x фосфат буферного раствора (Таблица материалов) до 0,6% концентрации раствора в колбе Erlenmeyer.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Концентрации, используемые другими лабораториями падает в диапазоне 0,5%-0,6%20,21.
  3. Установите микроволновую печь для максимальной мощности и поместите колбу, содержащую раствор в микроволновой печи в течение 2 минут.
  4. Наблюдайте за решением. Когда раствор начнет пузыриться, остановите микроволновку и таймер, удалите колбу и энергично закружить. Установите колбу обратно в микроволновую печь и возобновить микроволновой печи и таймер.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Цель состоит в том, чтобы нагреть раствор, не уменьшая объем значительно из-за испарения во время кипения.
  5. Повторите шаг 8.4, пока две минуты не будут завершены.
  6. Удалите колбу и поддерживайте закрученное, чтобы предотвратить установку раствора в колбе.
  7. Запуск холодной воды на внешней стороне колбы, чтобы охладить раствор во время закрученного. Охладить раствор до тех пор, пока внешняя часть колбы не будет горячей на ощупь, но терпимой и безопасной, чтобы предотвратить деформирование раствора пластиковой формы следующими шагами.
  8. Закружить колбу при транспортировке раствора в форму, чтобы избежать преждевременного затвердевания.

9. Агароза литья

ПРИМЕЧАНИЕ: Агароза литья процесс, изложенный ниже, то же самое для полного полушария и верхней половины полушария формы

  1. Налейте раствор агарозы в одну из форм мозга до полного. Продолжайте закручивать оставшийся раствор в колбе.
  2. Мониторинг уровня раствора в форме для утечек. Пополнить форму по мере необходимости, так как установка агарозы будет печать любых утечек в форме.
  3. Разрешить раствор в форме сидеть невозмутимо при комнатной температуре, пока раствор не установил и затвердел в твердое тело.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В то время как время ожидания может варьироваться в зависимости от объема раствора и других факторов, 2 ч считается надежным временем ожидания.
  4. Используйте шпатель, чтобы аккуратно удалить гель модель из формы. Будьте стратегически с расположением вставки шпателя в форму, чтобы предотвратить потенциальные деформации на поверхности формы.
  5. Чтобы замедлить естественный процесс испарения и воздействия биологических агентов, поместите модель геля в запечатанный контейнер в холодильнике.

10. Инъекции в модель агарозного геля

  1. Подготовьте насос для инфузии и зафиксните его в стереотаксисной руке на стереотаксиснойраме (таблица материалов). Распоить насос на правильную траекторию впрыска и нормальное расположение на поверхности модели геля из раздела 9.
  2. Заполните шприц 250 МКЛ(Таблица материалов)водой DI. Намонтировать шприц на насос(Таблица материалов).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Прежде чем рисовать любой краситель, DI вода должна заполнить инъекцииканюлы ( Таблица материалов) полностью. Таким образом, когда краситель составляется через канюлю нет сжатия или расширения воздуха на поршень, которые могут повлиять на объем инъекций.
  3. Используйте драйвер насоса(Таблица материалов), чтобы снять пищевойкраситель (Таблица материалов) в шприц к целевому объему для инъекций. Вводите пищевой краситель медленно, пока небольшая шарик формы на кончике канюли, чтобы предотвратить пузырьки воздуха от введения в гель. Высушите шарик с кончика канюли.
  4. Распоить гель модель под канюлей. Опустите канюлю до тех пор, пока кончик не коснется поверхности модели геля. Обратите внимание на измерения на стереотаксисе руки.
  5. Опустите канюлю в гель-модель быстро и плавно до глубины впрыска цели и убедитесь, что поверхность геля запечаталась вокруг канюлы.
  6. Запустите насос и наблюдать распространение пищевой краситель до целевого объема вводится. Начните с ставки потока в 1 мл/мин и увеличьте до 5 йл/мин с 1 шагами йл/мин каждую минуту. Распространение пищевой окраски в геле является приближением распространения вирусного вектора в головном мозге.
  7. Удалите канюлю из геля быстро и плавно.
  8. Захват изображения распространения пищевой краситель с фотографическим устройством (Таблица материалов) и физически измерить размеры эмболии для того, чтобы вычислить эллипсоидный объем инъекции. Такой подход возможен благодаря прозрачному характеру геля.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Манипуляции и анализ МРЭ в качестве предоперационной мерой планирования краниотомиибыли успешно использованы в последние 2,5,10,16. Этот процесс, однако, был значительно усилен добавлением 3D-моделирования мозга, череп?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

В этой статье описывается набор инструментов для подготовки к нейрохирургии в NHPs с использованием физических и CAD моделей черепа и анатомии мозга, извлеченных из МРТ-сканирования.

В то время как извлеченные и 3D печатные модели черепа и мозга были разработаны специально д...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

На данный момент у авторов нет конфликта интересов.

Благодарности

Этот проект был поддержан Eunice Кеннеди Shiver Национальный институт здоровья детей и развития человека Национальных институтов здравоохранения в соответствии с премией номер K12HD073945, Вашингтон Национальный исследовательский центр приматов (WaNPCR, P51 OD010425), Центр нейротехнологий (CNT, Национальный научный фонд Инженерно-исследовательский центр в рамках Грант EEC-1028725) и Университет Вашингтона Королевский исследовательский фонд. Финансирование лабораторий Макник и Мартинес-Конде для этого проекта поступило из BRAIN Initiative NSF-NCS Award 1734887, а также NSF Awards 1523614 и 1829474, и SUNY Empire Стипендии для каждого профессора. Мы благодарим Карама Хатиба за помощь в подготовке агарозы, и Тони Дж Уана за техническую помощь.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
3D Printing Software (GrabCAD Print)StratasysVersion 1.36Used for High quality 3D printing
3D Printing Software (Simplify 3D)Simplify3DVersion 4.1Used for PLA 3D printing
AgaroseBenchmark ScientificA1700Used for making gel brains
Black Nail PolishL.A. ColorsCNP637Used for gel molding
Cannula (ID 450 um, OD 666 um)Polymicro Technologies1068150625Used to inject dye into gel brain
Catheter ConnectorB BraunPCC2000Perifix for 20-24 Gage epidural catheters; Units per Cs 50
Dremel 3D Digilab 3D45 printerDremelF0133D45AAUsed for prototyping in PLA
ECOWORKSStratasys300-00104Used to dissolve QSR support structures
Erlymeyer flaskPyrex4980Used for gel molding
Ethyl cyanoacrylateThe Original Super Glue Corp.15187Used to make combined cannula
Graduated cylinder3023Used for gel molding
HATCHBOX PLA 3D Printer FilamentHATCHBOX3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK1kg Spool, 1.75mm, Red/Black
Locust Bean GumModernist Pantry1018Gumming agent for gel brain mixtures
MATLABMathWorksR2019bUsed for skull extraction
McCormick Yellow Food ColorMcCormickUsed for dye injection
MicrowavePanasonicNN-SD975SUsed for agarose curing
MR Imaging Software (3D Slicer)3D SlicerVersion 4.10.2Used for 3D model generation
MR Imaging Software (Mango with BET plugin)Reasearch Imaging InstituteVersion 4.1Used for brain extraction
Philips Acheiva MRI SystemPhilips4522 991 19391Used to image non-human primates
Phosphate Buffered SolutionGibco70011-04410X diluted with DI water to 1X
PumpWPIUMP3T-1Used for dye injection
Pump driverWPIUMP3T-1Used for dye injection
RefrigeratorGeneral ElectricUsed to preserve agarose gel
Scientific SpatulaVWR82027-494Used to extract gel molds
SolidWorksDassault Systemes2019
Stratasys ABS-M30 filamentStratasys333-60304Used for high quality 3D printing
Stratasys F170 3D printerStratasys123-10000Used for high quality 3D printing
Stratasys QSR supportStratasys333-63500Used to create supports with ABS model
SyringeSGESGE250TLLUsed for dye injection

Ссылки

  1. Phillips, K. A., et al. Why primate models matter. American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).
  2. Macknik, S. L., et al. Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates. Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).
  3. Seok, J., et al. Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (9), 3507-3512 (2013).
  4. Ju, N., Jiang, R., Macknik, S. L., Martinez-Conde, S., Tang, S. Long-term all-optical interrogation of cortical neurons in awake-behaving nonhuman primates. PLoS Biol. 16 (8), 2005839(2018).
  5. Yazdan-Shahmorad, A., et al. Widespread optogenetic expression in macaque cortex obtained with MR-guided, convection enhanced delivery (CED) of AAV vector to the thalamus. Journal of Neuroscience Methods. 293, 347-358 (2018).
  6. Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Kharazia, V., Sabes, P. N. Targeted cortical reorganization using optogenetics in nonhuman primates. Elife. 7, (2018).
  7. Ledochowitsch, P., et al. Strategies for optical control and simultaneous electrical readout of extended cortical circuits. Journal of Neuroscience Methods. 256, 220-231 (2015).
  8. Yao, Z., Yazdan-Shahmorad, A. A Quantitative Model for Estimating the Scale of Photochemically Induced Ischemic Stroke. Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 2744-2747 (2018).
  9. Yazdan-Shahmorad, A., Silversmith, D. B., Sabes, P. N. Novel techniques for large-scale manipulations of cortical networks in nonhuman primates. Conference proceedings - IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 5479-5482 (2018).
  10. Yazdan-Shahmorad, A., et al. A Large-Scale Interface for Optogenetic Stimulation and Recording in Nonhuman Primates. Neuron. 89 (5), 927-939 (2016).
  11. Yazdan-Shahmorad, A., et al. Demonstration of a setup for chronic optogenetic stimulation and recording across cortical areas in nonhuman primates. SPIE BiOS. , (2015).
  12. Han, X. Optogenetics in the nonhuman primate. Progress in Brain Research. 196, 215-233 (2012).
  13. Acker, L., Pino, E. N., Boyden, E. S., Desimone, R. FEF inactivation with improved optogenetic methods. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (46), 7297-7306 (2016).
  14. May, T., et al. Detection of optogenetic stimulation in somatosensory cortex by nonhuman primates--towards artificial tactile sensation. PLoS One. 9 (12), 114529(2014).
  15. Griggs, D. J., K, K., Philips, S., Chan, J. W., Ojemann, W. K. S., Yazdan-Shahmorad, A. Optimized large-scale optogenetic interface for nonhuman primates. SPIE BiOS. , (2019).
  16. Khateeb, K., Griggs, D. J., Sabes, P. N., Yazdan-Shahmorad, A. Convection Enhanced Delivery of Optogenetic Adeno-associated Viral Vector to the Cortex of Rhesus Macaque Under Guidance of Online MRI Images. Journal of Visualized Experiments. (147), (2019).
  17. Lucas, T. H., Fetz, E. E. Myo-cortical crossed feedback reorganizes primate motor cortex output. Journal of Neuroscience. 33 (12), 5261-5274 (2013).
  18. Jackson, A., Mavoori, J., Fetz, E. E. Long-term motor cortex plasticity induced by an electronic neural implant. Nature. 444 (7115), 56-60 (2006).
  19. Paxinos, G., Huang, X. F., Petrides, M., Toga, A. W. The Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates. 2nd Edition. , Elsevier Science. (2008).
  20. Krauze, M. T., et al. Reflux-free cannula for convection-enhanced high-speed delivery of therapeutic agents. Journal of Neurosurgery. 103 (5), 923-929 (2005).
  21. Chen, Z. J., et al. A realistic brain tissue phantom for intraparenchymal infusion studies. Journal of Neurosurgery. 101 (2), 314-322 (2004).
  22. Cheng, H., et al. Prolonged operative duration is associated with complications: a systematic review and meta-analysis. Journal of Surgical Research. 229, 134-144 (2018).
  23. Michikawa, T., et al. Automatic extraction of endocranial surfaces from CT images of crania. PLoS One. 12 (4), 0168516(2017).
  24. Soliman, A. S., et al. A realistic phantom for validating MRI-based synthetic CT images of the human skull. Medical Physics. 44 (9), 4687-4694 (2017).
  25. Blonde, J. D., et al. Customizable cap implants for neurophysiological experimentation. Journal of Neuroscience Methods. 304, 103-117 (2018).
  26. Overton, J. A., et al. Improved methods for acrylic-free implants in nonhuman primates for neuroscience research. Journal of Neurophysiology. 118 (6), 3252-3270 (2017).
  27. Lohmeier, J., Kaneko, T., Hamm, B., Makowski, M. R., Okano, H. atlasBREX: Automated template-derived brain extraction in animal MRI. Scientific Reports. 9 (1), 12219(2019).
  28. Ortiz-Rios, M., et al. Improved methods for MRI-compatible implants in nonhuman primates. Journal of Neuroscience Methods. 308, 377-389 (2018).
  29. Nishimura, Y., Perlmutter, S. I., Eaton, R. W., Fetz, E. E. Spike-timing-dependent plasticity in primate corticospinal connections induced during free behavior. Neuron. 80 (5), 1301-1309 (2013).
  30. Seeman, S. C., Mogen, B. J., Fetz, E. E., Perlmutter, S. I. Paired Stimulation for Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Sensorimotor Cortex. Journal of Neuroscience. 37 (7), 1935-1949 (2017).
  31. Sedaghat-Nejad, E., et al. Behavioral training of marmosets and electrophysiological recording from the cerebellum. Journal of Neurophysiology. 122 (4), 1502-1517 (2019).
  32. Schweizer-Gorgas, D., et al. Magnetic resonance imaging features of canine gliomatosis cerebri. Veterinary Radiology & Ultrasound. 59 (2), 180-187 (2018).
  33. Galvan, A., et al. Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions. Journal of Neuroscience. 37 (45), 10894-10903 (2017).
  34. Galvan, A., Caiola, M. J., Albaugh, D. L. Advances in optogenetic and chemogenetic methods to study brain circuits in nonhuman primates. Journal of Neural Transmission. 125 (3), 547-563 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

JoVE1613D

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены