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

Bu proje, K12HD073945 Ödül Numarası altında Ulusal Sağlık Enstitüleri Eunice Kennedy Shiver Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsani Gelişim Enstitüsü, Washington Ulusal Primat Araştırma Merkezi (WaNPCR, P51 OD010425), Nöroteknoloji Merkezi (CNT, Grant EEC-1028725) altında Ulusal Bilim Vakfı Mühendislik Araştırma Merkezi ve Washington Royalty University ve WashingtonTy Royalty University tarafından desteklenmiştir. Bu proje için Macknik ve Martinez-Conde laboratuvarlarına finansman bir BRAIN Girişimi NSF-NCS Ödülü 1734887 yanı sıra NSF Ödülleri 1523614 & 1829474 ve SUNY Empire Innovator Burslar her profesör geldi. Karam Khateeb'e agarose hazırlığındaki yardımları için, Toni J Huan'a ise teknik yardım için teşekkür ederiz.

Tüm hayvan prosedürleri Washington Üniversitesi Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylandı. İki erkek rhesus makak (maymun H: 14.9 kg ve 7 yaşında, maymun L: 14.8 kg ve 6 yaşında) kullanıldı.
1. Görüntü edinimi
<ol><li>Maymunu 3T MRTarayıcısına taşıyın ve hayvanı MR uyumlu stereotaksik bir çerçeveye yerleştirin(Malzeme Tablosu).</li>
	<li>Standart T1'i (çevirme açısı = 8°, tekrarlama süresi/yankı süresi = 7,5/3,69 s, matris boyu...

<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>

Bu makalede, MR taramalarından çıkarılan kafatası ve beyin anatomisi fiziksel ve CAD modellerini kullanarak NHP'lerde nöroameliyatlara hazırlık için bir araç kutusu açıklanmaktadır.
Çıkarılan ve 3D baskılı kafatası ve beyin modelleri özellikle kraniyotomi ameliyatlarının hazırlanması ve baş sonrası implantasyonlar için tasarlanmış olsa da, metodoloji kendini diğer birçok uygulamaya ödünç verir. Daha önce açıklandığı gibi, kafatasının fiziksel modeli am...

Primat araştırma insan deneylerine hayvan modellerinden tıbbi araştırma ilerlemesinde önemli bir adım olmuştur1,2. Kemirgen beyinleri ile insan olmayan primatların (NHP)1,2,3arasında büyük bir fizyolojik ve anatomik tutarsızlık olduğu için bu özellikle nöroloji krobilim ve sinir mühendisliği çalışmalarında bu kadar. Kemogenetik, optogenetik ve nöronların genetik modifikasyonu gerektiren kalsiyum görüntüleme gibi gelişmekte olan genetik teknolojiler ile NHP'de nöral fonksiyonu inceleyen nöral mühendislik araştırmaları beyinfonksiyonlarınıanlamak için klinik öncesi bir model olarak özel ilgi kazanmıştır 2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Çoğu NHP nörolojik deneylerde, nöroşirürjik önlemler baş direkleri, stimülasyon ve kayıt odaları, elektrot dizileri ve optik pencereler4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18gibi çeşitli cihazların implantasyonu için gereklidir.
Mevcut NHP laboratuvarları genellikle bir baş direğinin bacaklarına uyacak şekilde hayvan yatıştırıcı ve kraniyotomi site etrafında kafatası eğriliği yaklaşık dahil olmak üzere etkisiz uygulamalar içeren çeşitli yöntemler kullanın. Diğer laboratuvarlar cerrahi kafatası kafa sonrası uygun veya bir NHP beyin atlası ve manyetik rezonans (MR) taramaları kafatası eğrilikleri tahmin etmek için denemek için analiz gibi implantasyon için gerekli ölçümleri kazanıyor daha gelişmiş yöntemler istihdam2,10,11,16. NHPs nöroameliyatlar da sıvı enjeksiyonları içerir, ve laboratuvarları genellikle beyin içinde öngörülen enjeksiyon yeri görselleştirmek için hiçbir yolu var2,4,5,13,14 sadece stereotaksik ölçümler ve MR taramaları ile karşılaştırıldığında güvenerek. Bu yöntemler, implantın tüm karmaşık bileşenlerinin fiziksel uyumluluğunu test edememekten kaçınılmaz bir belirsizlik derecesine sahiptir.
Bu nedenle NHP'lerde nöroşirürji planlaması için doğru bir noninvaziv yönteme ihtiyaç vardır. Burada bu hayvanlarda implantasyon ve enjeksiyon ameliyatlarının hazırlanması için bir protokol ve metodoloji salıyoruz. Tüm süreç, beyin ve kafatasının verilerden çıkarılabildiği ve daha sonra 3Boyutlu yazdırılabilen üç boyutlu (3D) modeller oluşturmak için mri taramalarından kaynaklanır. Kafatası ve beyin modelleri kraniyotomi ameliyatları yanı sıra doğruluk artan bir düzeyde baş direkleri için hazırlamak için kombine edilebilir. Beyin modeli de beynin anatomik olarak doğru jel modeli döküm için bir kalıp oluşturmak için kullanılabilir. Jel beyin tek başına ve çıkarılan bir kafatası ile birlikte enjeksiyon ameliyatları çeşitli hazırlamak için kullanılabilir. Aşağıda nöroşirürjik hazırlık için MRG tabanlı alet çantası için gerekli adımların her biri açıklanacaktır.

<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

Bu yazıda, sadece manyetik rezonans görüntüleme (MRG) elde edilen verileri kullanarak NHP'lerde çeşitli nörocerrahilerin pratik olarak planlanmasına olanak tanıyan cerrahi hazırlık yöntemini ana hatlatan. Bu protokol beyin ve kafatası 3D baskılı anatomik olarak doğru fiziksel modellerin üretimi için izin verir, hem de beynin mekanik özellikleri bazı modelleme beynin bir agarose jel modeli. Bu modeller beyin modeli için beyin çıkarma yazılımı kullanarak MRG ayıklanabilir, ve kafatası modeli için özel kod. Hazırlık protokolü, jel beyin modelleri için beyinler, kafatasları ve kalıplar arasında yüz yüze yapmak için son teknoloji 3D baskı teknolojisinden yararlanır. Kafatası ve beyin modelleri özel kod bir kraniotomi eklenmesi ile kafatası içinde beyin dokusu görselleştirmek için kullanılabilir, doğrudan beyin içeren ameliyatlar için daha iyi hazırlık için izin. Bu yöntemlerin uygulamaları nörolojik stimülasyon ve kayıt yanı sıra enjeksiyon dahil ameliyatlar için tasarlanmıştır, ancak sistemin çok yönlülük protokolü, ekstraksiyon teknikleri ve modelleri ameliyatları daha geniş bir alana gelecekteki genişleme sağlar.

Preoperatif kraniyotomi planlama önlemi olarakMR'ların manipülasyonu ve analizi son2,5,10,16yılında başarıyla kullanılmıştır. Bu süreç, ancak, büyük ölçüde beyin 3D modelleme eklenmesi ile geliştirilmiştir, kafatası, ve kraniyotomi. Beynimizin anatomik olarak doğru bir fiziksel modelini başarılı bir şekilde oluşturmayı başardık ve bu model, çalışmalarımızın i...

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

Aşağıda özetlenen yöntem, üç boyutlu (3D) baskı yöntemleri ve MR Veri çıkarma nın yeni bir kombinasyonunu kullanarak insan dışı primat (NHP) nöroşirürji sinin hazırlanması için kapsamlı bir protokol sağlamayı amaçlamaktadır.

İnsan olmayan Primatlarda Nöroşirürji Planlaması için MRI Tabanlı Araç Kutusu

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 ...

Bu protokol nöral mühendislik alanı için önemlidir, çünkü insan olmayan primatlarda nöroşirürji nin hassasiyetini ve güvenliğini artırmak için tasarlanmış kısa ve tek modal bir prosedür sunar. Bu teknik, araştırmacılara implantasyon veya enjeksiyon prosedürlerinin her yönünü görselleştirme konusunda eşsiz bir yetenek sunar ve mümkün olduğunca hazırlanmış bir ameliyathaneye girmelerini sağlar. Bu yöntemin görsel gösterimi çok önemlidir, çünkü gerçek boyutlu fiziksel modellerin cerrahi planlama üzerindeki etkisini ve netliğini vurgular.Manyetik rezonans görüntüleme yazılımında beyni çıkarmak için eklentilerin açılır menüsünü açın ve özü beyin seçin. Çıkarma yoğunluğu eşiğini 2,5, 2,7 ve eşik degrade değerini sıfıra ayarlayın. Beyin görüntüsünün bitharitasını oluşturduktan sonra, görüntü menüsünün altındaki yapı yüzeyini seçin ve ilgi çekici bölgeyi içeren bit eşleği oluşturmak için kullanılan eşiği girdi.Sonra yüzeyoluşturmak için tamam tıklatın. Ve bir NII veya NII olarak ilgi çıkarılan beyin bölgesi kaydedin. GZ dosyası.Bir beyin modeli oluşturmak için, ilgili tıbbi görüntü işleme yazılımı çıkarılan beyin dosyasını açın. Ve düzenleyici modül menüsünde, eşik efektini seçin, eşik aralığı kaydırıcılarını ayarlayın, böylece beyni içeren bit haritasının üç dilimde de vurgulanır. Model oluşturucu modülünü açın ve giriş hacimleri açılır menüsünde bitmap dosyasını seçin.Modelleraltında, yeni model hiyerarşisi oluştur'u seçin ve birim oluşturmak için Uygula'yı tıklatın. İthal örgü beyin yüzeyi içe aktarıldığında, grafik bir seçin. Ve sadece beyin içeren özellikler dosyada kalana kadar herhangi bir gereksiz grafik özellikleri bastırmak.Ardından, daha fazla manipülasyon için PRT formatında dosyaları ve 3B yazdırma için STL olarak kaydedin. Beyin kalıplama için, uygun bir bilgisayarlı tasarım yazılımı programına çıkarılan beyin modeli yükleyin. Ekle menüsünün özellikler bölümünün altında, dönüştürmek için kafes gövdesine ve beynin grafik gövdesine dönüştür'ü seçin ve bu çizim sekmesini açın ve çizim düzlemi olarak üst düzlemi seçmek için çizimi tıklatın.İlgi alanının tüm yarımküresi etrafında bir dikdörtgen çizin ve beynin üst kısmını içeren kübik bir dikdörtgen çıkarmak için ekstrüzyon patronu taban özelliğini seçin. Ekle menüsünün özellikler bölümünün altında, kafes gövdesine dönüştür'ü seçin ve dönüştürmek için katı gövdeler klasöründeki ekstrüzyon küpünü seçin. Negatif alanı oluşturmak için birleştirme özelliğini kullanın ve beynin modelini yeni ekstrüzyon küpünden çıkarmak için çıkarma seçeneğini seçin.Kafatası modellemesi için, hızlı MPRAGE MRG'yi dicom dosyası olarak uygun bir matris manipülasyon yazılımı programına aktarın. Ve gerektiğinde tek bir 3B matris içine tüm çerçeveleri birleştirmek için komutları kullanın. Matrisin her 2B karesinin bir koronal dilim görüntülediğinden emin olun ve ikili maske oluşturmak için 3B matrisin eşiğine gelmek için tek tek piksel değerleri için operatörden daha büyük bir kullanım sağlayın.Sonra kafatası anatomisi maske tarafından yakalanır şekilde eşik ayarlayın. Kas tabakasını kaldırmak için, 3B maskeden her kareyi ayrı ayrı işlemek için maskeden yinelemeli olarak 2B dilim alın ve maskenin değerlerini tersine çevirmek için tilde işlecini kullanın. Kafatası değerleri olanlar olacak.Dış ve beyin sıfır değerlere sahip olacaktır. Maskenin en düşük çözünürlük boyutu ölçek faktörü tarafından tanımlanan bir faktör tarafından daha büyük olana kadar 3B maskeye ek boş voxel'ler ekleyin. Ve maske yeni alanı doldurana kadar maskedeki değerleri doğrusal olarak interpole edin.Ardından, kafatasını STL dosyası veya 3B yazdırma için benzer bir dosya türü olarak dışa aktarın. 3D kafatası modelinde kraniyotomi oluşturmak için MRDosyasını açın ve makak beyin atlasında bulunan anatomik işaretleri kullanarak kraniyotominin yaklaşık konumunu belirlemek için 3D matris üzerinden el ile ileri geri tarayabilirsiniz. Bir agarose kalıp oluşturmak için, tam veya yarım yarımküre beyin kalıbına agarose çözeltisi dökün ve çözelti yaklaşık iki saat boyunca kalıp içinde katılaşmak için izin.Agarose ayarlandığında, jöle modelini yavaşça kalıptan çıkarmak için bir spatula kullanın, dikkatli olmak, kalıbın yüzeyine zarar vermemek için. Agarose jel modelinin sahte bir infüzyonu için, stereotaksik bir çerçeve üzerinde stereotaksik bir kola bir şırınga pompası monte edin ve iyonize su ile 250 mikrolitrelik şırınga doldurun. Şırınga pompası üzerine şırınga yükleyin ve tamamen su ile enjeksiyon kanül doldurun.Enjeksiyon için şırınga içine gıda boyama hedef hacmi yüklemek için pompa sürücüsü kullanın. Ve kanülün ucunda küçük bir boncuk formları kadar gıda boyama dışarı. Kanül ucundan boncuk kuru ve kanül altında jel modeli konumlandırın.Ucu jel modelinin yüzeyine değene kadar kanül aşağı, ve stereotaksik kol ölçümleri unutmayın. Sonra sorunsuz ve hızlı bir şekilde hedef enjeksiyon derinliği jel modeli içine kanül indirin. Jel yüzeyinin kanülün etrafına mühürlenmiş olduğundan emin olmak ve hedef hacim teslim edilene kadar kalıp yayılmasını gözlemlerken pompayı çalıştırın.Bu protokol kullanılarak, insan olmayan primat beyninan anatomik olarak doğru bir fiziksel modeli oluşturulabilir. Benzer şekilde, manyetik rezonans görüntülerinden çıkarılan primat kafatasının anatomik olarak doğru bir fiziksel modeli de oluşturulabilir. Kafatası ve beynin fiziksel modelleri sıkı bir girişim uyumu ile kombine edilebilir, birbirine göre iki modelin doğruluğunu doğrulamak ve ekstrapolated MRG analiz verileri meşrulaştırarak.Baskı dan önce kafatasıiçine bir kraniyotomi eklenmesi, kafatası ve beyin ile ilgili olarak çeşitli bileşenlerin geometrisi değerlendirilmesi için örnek arayüzütüm parçaların kombinasyonu sağlar. Örneğin, bu deneyde, baş direğin ayakları manipüle edilmiş ve işlemden önce implantasyon yerindeki kafatasıeğrilirine yerleştirilmişti. Cerrahi sürenin açılıştan implantasyona yaklaşık 2,5 saatten bir saate düşürülmesi, operatif komplikasyon riskini büyük ölçüde azaltır.Agarose karışımı beyin modelleri önerilen infüzyon hacmini tahmin etmek ve 3D baskılı kafatası ile agarose modeli birleştirerek viral vektör enjeksiyon cerrahisi modeli için kullanılabilir ilgi bir alanda sarı boya ile enjekte edilebilir. Farklı hayvanlarda kafatası ve beyin anatomisi varyasyonları dikkate alınarak, çıkarma sürecinde başarı yinelemeli adımlar ayarlamaları gerektirecektir. Yani bu alet kutusu insan dışı primat nöroşirürji riskini azaltmak için kullanılabilir ve üretim teknikleri nörolojinin kesme kenarında deneysel süreci artırabilir.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

Proteolitik Degradable 3 Boyutlu Sistem Yumurtalık Folikül Encapsulation ve Kültür Bir Yöntem

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

Nükleik Asitler, Proteinler ve Küçük Moleküller Reagentless Algılama Elektrokimyasal DNA Biyosensörler Fabrikasyon

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

Protein ve hücre Etrafının İki Boyutlu Desenli Yüzeyler Oluşturma

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

3T fMRI Haptik Robot Adaptasyon

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

Hücresel Lipid Ekstraksiyon Hedefli Kararlı İzotop Seyreltme Sıvı Kromatografi-Kütle Spektrometresi Analizi

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

Kimyasal epigenetik değiştiriciler ile hücresel makine yeniden yönlendirerek Gen transkripsiyonu bastırmak

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

Endokrin Bozucuların Hesaplamalı SuToksikolojisi için Silico Modelleme Yöntemi: QSAR Toolbox Kullanarak Yazılım Tabanlı Bir Yaklaşım

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

Bir İnsan 3D Ekstrasellüler Matrix-Adiposit Kültür Modeli Matrix-Hücre Metabolik Crosstalk Çalışma için

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

Beyin Tümörü Cerrahisi Planlaması için Ultrason ve X-Ray Kontrastı ile Hastaya Özel Polivinil Alkol Phantom İmalatı

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