Name: a mri-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates
Uploaded: 2020-07-17T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates at JoVE.com

وقد تم دعم هذا المشروع من قبل معهد يونيس كينيدي شيفر الوطني لصحة الطفل والتنمية البشرية التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت رقم K12HD073945، ومركز واشنطن الوطني لبحوث الرئيسيات (WaNPCR، P51 OD010425)، ومركز التكنولوجيا العصبية (CNT، مركز أبحاث الهندسة التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم تحت منحة EEC-1028725) وجامعة واشنطن المتخصصة في الأبحاث. وجاء تمويل مختبرات ماكنك ومارتينيز كوندي لهذا المشروع من مبادرة BRAIN NSF-NCS جائزة 17348887، فضلا عن جوائز NSF 1523614 & 1829474، وSY الإمبراطورية المنح المبتكرة لكل أستاذ. نشكر كرم الخطيب على مساعدته في إعداد أغاروز، وتوني جي هوان على المساعدة الفنية.

تمت الموافقة على جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوان من قبل معهد جامعة واشنطن لرعاية الحيوانات واستخدامها. استخدم اثنان من المكاك الريسوس الذكور (القرد H: 14.9 كجم و 7 سنوات من العمر، القرد L: 14.8 كجم و 6 سنوات).
1. الحصول على صورة
<ol><li>نقل القرد إلى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي 3T ?...

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

توضح هذه المقالة مجموعة أدوات للتحضير لجرّاح الأعصاب في NHPs باستخدام النماذج الفيزيائية و CAD لتشريح الجمجمة والدماغ المستخرجة من فحوصات MR.
في حين تم تصميم نماذج الجمجمة والمخ المطبوعة ثلاثية الأبعاد المستخرجة والمستخرجة من 3D خصيصًا لإعداد عمليات استئصال القحف وزرع الرأس ، ...

وقد تم بحث الرئيسيات خطوة محورية في تطور البحوث الطبية من النماذج الحيوانية إلى التجارب البشرية1,2. هذا هو الحال خصوصا في دراسة علم الأعصاب والهندسة العصبية كما أن هناك تباينا كبيرا الفسيولوجية والتشريحية بين أدمغة القوارض وتلك من الرئيسيات غير البشرية (NHP)1,2,3. مع التكنولوجيات الوراثية الناشئة مثل علم الكيمياء، optogenetics، والتصوير الكالسيوم التي تتطلب التعديل الوراثي للخلايا العصبية، وقد اكتسبت بحوث الهندسة العصبية دراسة وظيفة العصبية في NHP اهتماما خاصا كنموذج قبل الظهر لفهم وظيفة الدماغ2،4،5،6،7،8،9،10،11،12،13،15،16. في معظم تجارب علم الأعصاب NHP ، هناك حاجة إلى تدابير جراحة الأعصاب لزرع أجهزة مختلفة مثل وظائف الرأس ، و غرف التحفيز والتسجيل ، صفائف القطب والنوافذ البصرية4،5،6،7،10،11،13،14،15،17،18.
تستخدم مختبرات NHP الحالية مجموعة متنوعة من الأساليب التي غالبًا ما تتضمن ممارسات غير فعالة بما في ذلك تخدير الحيوان لتتناسب مع ساقي وظيفة الرأس وتقريب انحناء الجمجمة حول موقع استئصال القحف. مختبرات أخرى تناسب رئيس آخر إلى الجمجمة في عملية جراحية أو استخدام أساليب أكثر تقدما للحصول على القياسات اللازمة لزرع مثل تحليل أطلس الدماغ NHP والرنين المغناطيسي (MR) بمسح في محاولة لتقدير انحناء الجمجمة2,10,11,16. جراحي الأعصاب في NHPs تنطوي أيضا على حقن السوائل، وغالبا ما لا يكون المختبرات وسيلة لتصور موقع الحقن المتوقع داخل الدماغ2،4،5،13،14 الاعتماد فقط على قياسات تكسينية والمقارنة مع المسح MR. هذه الطرق لديها درجة من عدم اليقين لا مفر منه من عدم القدرة على اختبار التوافق المادي لجميع المكونات المعقدة للزرع.
لذلك، هناك حاجة إلى طريقة دقيقة غير فاشية للتخطيط للأعصاب في NHPs. هنا، نقدم بروتوكول ومنهجية لإعداد عمليات الزرع والحقن في هذه الحيوانات. تنبع العملية بأكملها من فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي ، حيث يتم استخراج الدماغ والجمجمة من البيانات لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد (3D) يمكن طباعتها 3D. يمكن الجمع بين نماذج الجمجمة والدماغ للتحضير لعمليات استئصال القحف وكذلك وظائف الرأس مع زيادة مستوى الدقة. ويمكن أيضا أن تستخدم نموذج الدماغ لخلق قالب لصب نموذج هلام دقيقة تشريحيا من الدماغ. يمكن استخدام مخ الجل وحده و بالاشتراك مع الجمجمة المستخرجة للتحضير لمجموعة متنوعة من عمليات الحقن الجراحية. أدناه سوف نصف كل من الخطوات المطلوبة للتصوير بالرنين المغناطيسي القائمة على الأدوات لإعداد جراحة الأعصاب.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printing Software (GrabCAD Print)</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>Version 1.36</td>
			<td>Used for High quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printing Software (Simplify 3D)</td>
			<td>Simplify3D</td>
			<td>Version 4.1</td>
			<td>Used for PLA 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Benchmark Scientific</td>
			<td>A1700</td>
			<td>Used for making gel brains</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black Nail Polish</td>
			<td>L.A. Colors</td>
			<td>CNP637</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannula (ID 320 um, OD 432 um)</td>
			<td>Polymicro Technologies</td>
			<td>1068150627</td>
			<td>Used to inject dye into gel brain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cannula (ID 450 um, OD 666 um)</td>
			<td>Polymicro Technologies</td>
			<td>1068150625</td>
			<td>Used to inject dye into gel brain</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catheter Connector</td>
			<td>B Braun</td>
			<td>PCC2000</td>
			<td>Perifix for 20-24 Gage epidural catheters; Units per Cs 50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremel 3D Digilab 3D45 printer</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>F0133D45AA</td>
			<td>Used for prototyping in PLA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ECOWORKS</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>300-00104</td>
			<td>Used to dissolve QSR support structures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlymeyer flask</td>
			<td>Pyrex</td>
			<td>4980</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl cyanoacrylate</td>
			<td>The Original Super Glue Corp.</td>
			<td>15187</td>
			<td>Used to make combined cannula</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graduated cylinder</td>
			<td></td>
			<td>3023</td>
			<td>Used for gel molding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HATCHBOX PLA 3D Printer Filament</td>
			<td>HATCHBOX</td>
			<td>3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK</td>
			<td>1kg Spool, 1.75mm, Red/Black</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Locust Bean Gum</td>
			<td>Modernist Pantry</td>
			<td>1018</td>
			<td>Gumming agent for gel brain mixtures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2019b</td>
			<td>Used for skull extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>McCormick Yellow Food Color</td>
			<td>McCormick</td>
			<td></td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microwave</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>NN-SD975S</td>
			<td>Used for agarose curing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Imaging Software (3D Slicer)</td>
			<td>3D Slicer</td>
			<td>Version 4.10.2</td>
			<td>Used for 3D model generation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MR Imaging Software (Mango with BET plugin)</td>
			<td>Reasearch Imaging Institute</td>
			<td>Version 4.1</td>
			<td>Used for brain extraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Philips Acheiva MRI System</td>
			<td>Philips</td>
			<td>4522 991 19391</td>
			<td>Used to image non-human primates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Solution</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>70011-044</td>
			<td>10X diluted with DI water to 1X</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump</td>
			<td>WPI</td>
			<td>UMP3T-1</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump driver</td>
			<td>WPI</td>
			<td>UMP3T-1</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerator</td>
			<td>General Electric</td>
			<td></td>
			<td>Used to preserve agarose gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scientific Spatula</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82027-494</td>
			<td>Used to extract gel molds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td>2019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys ABS-M30 filament</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>333-60304</td>
			<td>Used for high quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys F170 3D printer</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>123-10000</td>
			<td>Used for high quality 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stratasys QSR support</td>
			<td>Stratasys</td>
			<td>333-63500</td>
			<td>Used to create supports with ABS model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>SGE</td>
			<td>SGE250TLL</td>
			<td>Used for dye injection</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a mri-based toolbox for neurosurgical planning in nonhuman primates

في هذه الورقة، نحدد طريقة للتحضير الجراحي الذي يسمح للتخطيط العملي لمجموعة متنوعة من جراحات الأعصاب في NHPs فقط باستخدام البيانات المستخرجة من التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يسمح هذا البروتوكول لتوليد نماذج جسدية دقيقة تشريحية ثلاثية الأبعاد للدماغ والجمجمة ، بالإضافة إلى نموذج جل أجاروز للدماغ الذي ينمّر بعض الخصائص الميكانيكية للدماغ. ويمكن استخراج هذه النماذج من التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام برنامج استخراج الدماغ لنموذج الدماغ، ورمز مخصص لنموذج الجمجمة. ويستفيد بروتوكول الإعداد من أحدث تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع أدمغة مُتشابكة وجماجم وقوالب لنماذج مخ هلامية. يمكن استخدام نماذج الجمجمة والدماغ لتصور أنسجة الدماغ داخل الجمجمة مع إضافة استئصال القحف في التعليمات البرمجية المخصصة ، مما يسمح بإعداد أفضل للعمليات الجراحية التي تشمل الدماغ مباشرة. تم تصميم تطبيقات هذه الطرق للعمليات الجراحية التي تشارك في التحفيز العصبي والتسجيل وكذلك الحقن ، ولكن براعة النظام تسمح للتوسع في المستقبل للبروتوكول وتقنيات الاستخراج والنماذج لنطاق أوسع من العمليات الجراحية.

وقد استخدم التلاعب وتحليل التصوير بالرنين المغناطيسي كإجراء تخطيط استئصال القحف قبل الجراحة بنجاح فيالماضي 2،5،10،16. ومع ذلك، فقد تعززت هذه العملية إلى حد كبير بإضافة النمذجة ثلاثية الأبعاد للدماغ والجمجمة والاستئصال ...

Watch this Scientific Journal Video about A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates at JoVE.com

A MRI-Based Toolbox for Neurosurgical Planning in Nonhuman Primates

تهدف الطريقة المبينة أدناه إلى توفير بروتوكول شامل لإعداد جراحة الأعصاب غير البشرية (NHP) باستخدام مزيج جديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) واستخراج بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي.

صندوق أدوات قائم على التصوير بالرنين المغناطيسي للتخطيط لجرّة الأعصاب في الرئيسيات غير البشرية

In this paper, we outline a method for surgical preparation that allows for the practical planning of a variety of neurosurgeries in NHPs solely using ...

هذا البروتوكول مهم في مجال الهندسة العصبية لأنه يوفر إجراءً مختصرًا ووارنًا مصممًا لتعزيز دقة وسلامة جراحة الأعصاب في الرئيسيات غير البشرية. هذه التقنية توفر للباحثين القدرة الفريدة لتصور كل جانب من جوانب عملية الزرع أو الحقن ، ويضمن أنهم يستطيعون دخول غرفة العمليات على استعداد ممكن. إن العرض المرئي لهذه الطريقة أمر بالغ الأهمية لأنه يسلط الضوء على التأثير والوضوح الذي يمكن أن تحدثه النماذج الفيزيائية بالحجم الطبيعي على التخطيط الجراحي.لاستخراج الدماغ في برنامج التصوير بالرنين المغناطيسي، افتح القائمة المنسدلة الإضافات وحدد استخراج الدماغ. تعيين عتبة كثافة الاستخراج عند 2.5 و 2.7 وقيمة تدرج العتبة إلى صفر. بعد إنشاء صورة نقطية لصورة الدماغ، حدد سطح البنية ضمن قائمة الصور وقم بإدخال العتبة المستخدمة لإنشاء الصورة النقطية التي تحتوي على المنطقة ذات الأهمية.ثم انقر فوق "موافق" لإنشاء السطح. وحفظ منطقة الدماغ المستخرجة من الفائدة باعتبارها NII أو NII. GZ ملف.لإنشاء نموذج الدماغ، فتح ملف الدماغ المستخرجة في برنامج معالجة الصور الطبية المناسبة. وفي قائمة وحدة المحرر، حدد تأثير العتبة، وضبط المنزلقات نطاق عتبة بحيث يتم تمييز جزء من الصورة النقطية التي تحتوي على الدماغ في جميع الشرائح الثلاث. افتح الوحدة النمطية لصناعة الطرازات وفي القائمة المنسدلة لوحدات تخزين الإدخال، حدد ملف الصورة النقطية.ضمن النماذج، حدد إنشاء تدرج هرمي جديد للنماذج وانقر فوق تطبيق لإنشاء وحدة التخزين. عند استيراد سطح دماغ الشبكة المستوردة، حدد الرسم واحد. وقمع أي ميزات الرسومات غير الضرورية حتى فقط الميزات التي تحتوي على الدماغ هي المتبقية في الملف.ثم احفظ الملفات بتنسيق PRT لمزيد من المعالجة، وكـ STL للطباعة ثلاثية الأبعاد. لصب الدماغ، تحميل نموذج الدماغ المستخرجة في برنامج تصميم حاسوبي مناسب. تحت قسم الميزات من القائمة إدراج حدد تحويل إلى الجسم شبكة والجسم الرسم من الدماغ لتحويله، وفتح هذا الرسم التبويب وانقر فوق رسم لتحديد المستوى العلوي كما في مستوى رسم.رسم مستطيل حول نصف الكرة الأرضية بأكمله من الفائدة، وحدد ميزة قاعدة بوس البثق لبثق مستطيل مكعب يحتوي على الجزء العلوي من الدماغ. ضمن قسم الميزات في قائمة الإدراج، حدد التحويل إلى نص شبكة وحدد المكعب مقذوف في مجلد الأجسام الصلبة لتحويله. لإنشاء المساحة السلبية، استخدم ميزة الجمع وحدد خيار الطرح لطرح نموذج الدماغ من المكعب مقذوف حديثا.لجمجمة النمذجة، استيراد التصوير بالرنين المغناطيسي MPRAGE سريعة في برنامج معالجة مصفوفة مناسبة كملف DICOM. واستخدام الأوامر لدمج جميع الإطارات في مصفوفة واحدة 3D حسب الضرورة. تأكد من أن كل إطار ثنائي الأبعاد من المصفوفة يعرض شريحة إكليلية واستخدم عامل تشغيل أكبر من قيم البكسل الفردية لعتبة المصفوفة ثلاثية الأبعاد لإنشاء قناع ثنائي.ثم ضبط عتبة بحيث يتم التقاط تشريح الجمجمة من قبل القناع. لإزالة طبقة العضلات، قم بالاستيلاء على شريحة ثنائية الأبعاد من القناع لمعالجة كل إطار من القناع ثلاثي الأبعاد بشكل منفصل، واستخدم عامل تشغيل التلدة لعكس قيم القناع. قيم الجمجمة ستكون تلك.الخارجي والدماغ سيكون لهما قيم صفر أضف voxels فارغة إضافية إلى قناع 3D حتى أقل البعد دقة من القناع أكبر من قبل عامل محدد من قبل عامل مقياس. وتُقيم القيم خطياً في القناع حتى يملأ القناع المساحة الجديدة.ثم، تصدير الجمجمة كملف STL أو نوع ملف مماثل للطباعة ثلاثية الأبعاد. لإنشاء استئصال القحف في نموذج الجمجمة ثلاثية الأبعاد ، افتح ملف التصوير بالرنين المغناطيسي وامسح يدويًا جيئة وذهاباً من خلال المصفوفة ثلاثية الأبعاد لتحديد الموقع التقريبي لعملية استئصال القحف باستخدام المعالم التشريحية الموجودة في أطلس الدماغ المكاك. لإنشاء قالب agarose، صب agarose حل في كامل أو نصف نصف نصف الدماغ العفن والسماح للحل لترسيخ داخل القالب لمدة ساعتين تقريبا.عندما تم تعيين agarose، واستخدام ملعقة لإزالة بلطف نموذج هلام من القالب، مع الحرص، وليس لتلف سطح القالب. للحصول على ضخ وهمية من نموذج هلام agarose، جبل مضخة حقنة على ذراع ستيريوإكسي على إطار ستيريو وملء حقنة 250 ميكرولتر مع الماء المتأين. تحميل الحقنة على مضخة الحقنة وملء تماما كانولا حقن بالماء.استخدام برنامج تشغيل مضخة لتحميل الحجم المستهدف من تلوين الطعام في حقنة للحقن. وإخراج تلوين الطعام حتى تتشكل حبة صغيرة على طرف القنية. جفف الخرزة من طرف القنية وضع نموذج الجل تحت القنية.خفض كانولا حتى غيض تلامس سطح نموذج هلام، وملاحظة القياسات على الذراع stereotaxic. ثم بسلاسة وبسرعة خفض القنية في نموذج هلام إلى عمق الحقن الهدف. التأكد من أن سطح الجل قد ختم حول القنية وتشغيل المضخة مع مراقبة انتشار يموت حتى تم تسليم الحجم المستهدف.باستخدام هذا البروتوكول، يمكن إنشاء نموذج مادي دقيق تشريحياً للدماغ الرئيسيات غير البشري. وبالمثل، يمكن أيضا أن تولد نموذج مادي دقيق تشريحيا من الجمجمة الرئيسيات المستخرجة من الصور الرنين المغناطيسي. يمكن الجمع بين النماذج الفيزيائية للجمجمة والدماغ مع نوبة تدخل ضيقة ، والتحقق من صحة دقة النموذجين بالنسبة لبعضهما البعض وإضفاء الشرعية على بيانات تحليل التصوير بالرنين المغناطيسي استقرائي.إدخال استئصال القحف في الجمجمة قبل الطباعة، يسمح مزيج من جميع أجزاء واجهة عينة لتقييم هندسة مختلف المكونات فيما يتعلق الجمجمة والدماغ. على سبيل المثال، في هذه التجربة، تم التلاعب في القدمين من رئيس وظيفة وتركيبها إلى انحناء الجمجمة في موقع زرع قبل الإجراء. مما أدى إلى تقليل الوقت الجراحي من حوالي 2.5 ساعة إلى ساعة واحدة من الفتح إلى الزرع ، مما يقلل إلى حد كبير من خطر حدوث مضاعفات العمليات.يمكن حقن نماذج الدماغ خليط Agarose مع صبغة صفراء في منطقة ذات أهمية لتقدير حجم التسريب المقترح والجمع بين نموذج agarose مع الجمجمة المطبوعة 3D يمكن استخدامها لنموذج جراحة حقن ناقلات الفيروسية. مع الأخذ في الاعتبار الاختلافات في الجمجمة وتشريح الدماغ في الحيوانات المختلفة، والنجاح في عملية الاستخراج سوف تتطلب تعديلات في الخطوات المتكررة. لذلك يمكن استخدام هذا الأدوات للحد من المخاطر في جراحة الأعصاب غير البشرية الرئيسيات ويمكن تقنيات التصنيع تعزيز العملية التجريبية في طليعة علم الأعصاب.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Method for Ovarian Follicle Encapsulation and Culture in a Proteolytically Degradable 3 Dimensional System

وهناك طريقة لتغليف المسام المبيض والثقافة في نظام 3 تحلل Proteolytically الأبعاد

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro  follicle techniques provide ...

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

تصنيع أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية الدنا للكشف Reagentless من الأحماض النووية والبروتينات والجزيئات الصغيرة

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

إنشاء ثنائي الأبعاد ركائز منقوشة على الحبس البروتين والخلايا

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

التكيف من الروبوت في الرنين المغناطيسي الوظيفي لمسي 3T

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

الخلوية لاستخراج الدهن المستهدفة التخفيف النظائر المستقرة تحليل السائل الطيف اللوني القداس

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Nonhuman Primate Lung Decellularization and Recellularization Using a Specialized Large-organ Bioreactor

There are an insufficient number of lungs available to meet current and future organ transplantation needs. Bioartificial tissue regeneration is an ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

قمع النسخ الجيني قبل إعادة توجيه الأجهزة الخلوية مع المعدلات جينية الكيميائية

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

In Silico Modeling Method for Computational Aquatic Toxicology of Endocrine Disruptors: A Software-Based Approach Using QSAR Toolbox

في طريقة النمذجة Silico لعلم السموم المائية الحسابية من اضطرابات الغدد الصماء: نهج يستند إلى البرمجيات باستخدام أدوات QSAR

Computational analyses of toxicological processes enables high-throughput screening of chemical substances and prediction of their endpoints in biological ...

A Human 3D Extracellular Matrix-Adipocyte Culture Model for Studying Matrix-Cell Metabolic Crosstalk

A الإنسان 3D مصفوفة-الخلايا الشحمية نموذج ثقافة لدراسة مصفوفة خليه الأيض الأيضي

The extracellular matrix (ECM) plays a central role in regulating tissue homeostasis, engaging in crosstalk with cells and regulating multiple aspects of ...

Patient-Specific Polyvinyl Alcohol Phantom Fabrication with Ultrasound and X-Ray Contrast for Brain Tumor Surgery Planning

المريض خاص بوليفينيل الكحول تصنيع الوهمية مع الموجات فوق الصوتية والأشعة السينية على النقيض للتخطيط جراحة ورم الدماغ

Phantoms are essential tools for clinical training, surgical planning and the development of novel medical devices. However, it is challenging to create ...