マウスの頭蓋窓手術のためのロボットドリル開頭術による熱損傷の評価

要約

頭蓋窓は、トランスジェニックマウスの生体内イメージングを可能にするために、遍在的に実装された外科的技術になっています。このプロトコルでは、頭蓋窓の半自動骨穴あけを実行し、外科医間のばらつきを減らし、熱血液脳関門の損傷を部分的に軽減するのに役立つ外科用ロボットの使用について説明しています。

要約

頭蓋窓手術は、多光子または他の生体内イメージング技術を使用して、生きたマウスの脳組織のイメージングを可能にします。ただし、手作業で開頭術を行う場合、脳組織に熱損傷が発生することが多く、これは本質的に手術ごとに異なり、個々の外科医の技術に依存する可能性があります。手術ロボットを導入することで、手術を標準化し、手術に伴う熱損傷を減らすことができます。この研究では、熱損傷を評価するために、ロボット掘削の3つの方法をテストしました:水平、ポイントごと、およびパルスポイントごと。水平掘削は連続掘削回路図を利用しますが、ポイントごとに頭蓋窓を囲むいくつかの穴を掘削します。パルス化されたポイントバイポイントは、「2秒オン、2秒オフ」の穴あけスキームを追加し、穴あけの合間に冷却を可能にします。静脈内注射されたEvans Blue(EB)染料の蛍光イメージングは脳組織の損傷を測定し、掘削現場の下に配置された熱電対は熱損傷を測定します。熱電対の結果は、水平(16.66°C±2.08°C)およびポイントバイポイント(18.69°C±1.75°C)グループと比較して、パルスポイントバイポイント(6.90°C±1.35°C)グループで温度変化が大幅に減少していることを示しています。同様に、パルスポイントバイポイントグループも、水平法と比較して頭蓋窓穿孔後のEBの存在が有意に少なく、脳内の血管への損傷が少ないことを示しています。したがって、パルスポイントバイポイントドリル法は、熱損傷を低減するための最適なスキームであるように思われます。ロボットドリルは、トレーニング、変動を最小限に抑え、熱損傷を減らすのに役立つ便利なツールです。研究室全体で多光子イメージングの使用が拡大するにつれて、結果の厳密さと再現性を向上させることが重要です。ここで取り上げる方法は、これらの手術ロボットをより適切に使用してこの分野をさらに前進させる方法を他の人に知らせるのに役立ちます。

概要

頭蓋窓は、生きている動物の皮質の直接視覚化とイメージングを可能にするために、神経科学、神経工学、および生物学の分野で広く使用されるようになりました1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 .トランスジェニックマウスと多光子イメージングの強力な組み合わせは、in vivo脳における回路活性および他の生物学的洞察に関する非常に貴重な洞察を提供した12、^13、14、15、¹⁶、

プロトコル

すべての手順と動物の世話の実践は、ルイス・ストークス・クリーブランド退役軍人省医療センターの施設動物管理および使用委員会に従ってレビュー、承認、および実行されました。

1. 手術ロボットのハードウェア設定

1. 手術の前に、手術ロボット( 材料表を参照)のマニュアルとガイドに従って、ハードウェアとソフトウェアをセットアップしてください。マニュアルに詳述されているようにフレームキャリブレーションを実行します。ドリルまたはフレームを移動する場合は、精度を確保するためにドリルを再調整することをお勧めします。

2. ソフトウェアの準備

1. 外科用ソフトウェア( 材料の表を参照)に移動し、[ クリーンなプロジェクトで開始]を選択して新しいプロジェクトを作成します。被写体を上部に マウス として設定し、使用するドリル座標を指定します。
2. [ 新しいプロジェクトの開始] を選択します。
3. ここから、左下 隅にある計画 をクリックして、掘削座標計画画面に移動します。実行する頭蓋窓技術の穴あけス....

結果

熱評価
熱損傷の可能性は、水平(図2A)、ポイントバイポイント(図2B)、およびパルスポイントバイポイント(図2C)の方法を使用して、掘削によるベースラインからの温度変化を測定することによって評価されました。図2Dは、熱データを取得するための実験セットアップを示しています。N = 4.......

ディスカッション

EB色素とイメージングの使用は簡単で迅速であり、新しい方法や技術のために脳の血管損傷を評価するのに役立ちます。手術ロボットを使用する場合でも、現在ラボで行われている方法を確認する場合でも、実験的治療の効果と外科的影響を分離し、動物福祉を改善するために、外科的方法を検証することが重要です。熱電対のセットアップは、加熱が発生しないことを確認するための穴あ?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1x Phosphate Buffered Saline Type: Reagent	VWR	MRGF-6235	For Evans Blue dilution
Aura Software Type: Tool	Spectral Instruments Imaging		Open access imaging processing software for Lumina imaging sytems
Buprenorphine Type: Drug	Sourced from Animal Facility
Carbide Drill Bit, 0.6mm (Robot Drill) Type: Tool	Stoelting	58640-1
Carprofen Type: Drug	Sourced from Animal Facility
Cefazolin Type: Drug	Sourced from Animal Facility
Evans Blue Dye Type: Reagent	Millipore Sigma	E2129	Reconstituted in 1x phosphate-buffered saline
Isoflurane Type: Drug	Sourced from Animal Facility
IVIS Lumina II Type: Tool	Perkin Elmer	CLS136334	IVIS Lumina III currently in place of Lumina II on the market
Jenco Linearizing Thermometer Type: Tool	Jenco	765JF	For Thermocouple setup
Ketamine Type: Drug	Sourced from Animal Facility
LivingImage Type: Tool	Perkin Elmer		Software for IVIS Lumina III
Marcaine Type: Drug	Sourced from Animal Facility
Neurostar Software Type: Tool	Stoelting		Comes with surgical robot purchase
Physiosuite with MouseSTAT® Pulse Oximeter & Heart Rate Monitor Type: Tool	Kent Scientific	PS-03	Used to monitor vitals
PrismPlus mice Type: Animal	Jackson Labortory	031478, RRID:IMSR_JAX:031478, Male, ~8 months old	Animals used for the study
Stoelting Drill and Injection Robot for Motorized Stereotaxic Instruments Type: Tool	Stoelting	58640	Main robotic drill with stereotaxic frame
Thermocouple Type: Tool	TC Direct	206-557	For Thermocouple setup
USB-6008 Multifunction I/O DAQ Type: Tool	National Instruments	USB-6008	For Thermocouple setup
Xylazine Type: Drug	Sourced from Animal Facility