Name: a rat model of ecohiv brain infection
Uploaded: 2021-01-21T14:30:00
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Diese Arbeit wurde durch die NIH-Zuschüsse HD043680, MH106392, DA013137 und NS100624 finanziert.

Alle Tierprotokolle wurden vom Animal Care and Use Committee der University of South Carolina überprüft und genehmigt (Bundesversicherungsnummer: D16-00028). Sechs erwachsene männliche F344/ N-Ratten wurden in einer kontrollierten Umgebung unter einem 12/12 Light: Dark-Zyklus mit ad libitum Zugang zu Nahrung und Wasser untergebracht. Alle Tiere wurden nach Richtlinien gepflegt, die von den National Institutes of Health im Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren festgelegt wurden.
<p class="jove_ti...

<ol>
	<li>Illenberger, J. 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=HIV+Infection+and+Neurocognitive+Disorders+in+the+Context+of+Chronic+Drug+Abuse:+Evidence+for+Divergent+Findings+Dependent+upon+Prior+Drug+History.">HIV Infection and Neurocognitive Disorders in the Context of Chronic Drug Abuse: Evidence for Divergent Findings Dependent upon Prior Drug History.</a> Journal of Neuroimmune Pharmacology. 15 (4), 715-728 (2020).</li><li>Joseph, S. B., Swanstrom, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+of+HIV-1+entry+phenotypes+as+a+guide+to+changing+target+cells.">The evolution of HIV-1 entry phenotypes as a guide to changing target cells.</a> Journal of Leukocyte Biology. 103 (3), 421-431 (2018).</li><li>Potash, M. 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+mouse+model+for+study+of+systemic+HIV-1+infection,+antiviral+immune+responses,+and+neuroinvasiveness.">A mouse model for study of systemic HIV-1 infection, antiviral immune responses, and neuroinvasiveness.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U S A. 102 (10), 3760-3765 (2005).</li><li>Albritton, L. M., Tseng, L., Scadden, D., Cunningham, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+putative+murine+ecotropic+retrovirus+receptor+gene+encodes+a+multiple+membrane-spanning+protein+and+confers+susceptibility+to+virus+infection.">A putative murine ecotropic retrovirus receptor gene encodes a multiple membrane-spanning protein and confers susceptibility to virus infection.</a> Cell. 57, 659-666 (1989).</li><li>Geraghty, P., Hadas, E., Kim, B. H., Dabo, A. J., Volsky, D. J., Foronjy, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV+infection+model+of+chronic+obstructive+pulmonary+disease+in+mice.">HIV infection model of chronic obstructive pulmonary disease in mice.</a> American Journal of Physiology - Lung Cellular and Molecular Physiology. 312 (4), 500-509 (2017).</li><li>Gu, C. 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=EcoHIV+infection+of+mice+establishes+latent+viral+reservoirs+in+T+cells+and+active+viral+reservoirs+in+macrophages+that+are+sufficient+for+induction+of+neurocognitive+impairment.">EcoHIV infection of mice establishes latent viral reservoirs in T cells and active viral reservoirs in macrophages that are sufficient for induction of neurocognitive impairment.</a> PLoS Pathogens. 14 (6), 1007061 (2018).</li><li>Ellenbroek, B., Youn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rodent+models+in+neuroscience+research:+is+it+a+rat+race.">Rodent models in neuroscience research: is it a rat race.</a> Disease Models, Mechanisms. 9 (10), 1079-1087 (2016).</li><li>Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+apparatus+and+method+for+drug+reinforcement.">Novel apparatus and method for drug reinforcement.</a> Journal of Visualized Experiments. (42), e1998 (2010).</li><li>Bertrand, S. J., Mactutus, C. F., Harrod, S. B., Moran, L. M., Booze, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+proteins+dysregulate+motivational+processes+and+dopamine+circuitry.">HIV-1 proteins dysregulate motivational processes and dopamine circuitry.</a> Scientific Reports. 8 (1), 7869 (2018).</li><li>McGaughy, J., Sarter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral+vigilance+in+rats:+task+validation+and+effects+of+age,+amphetamine,+and+benzodiazepine+receptor+ligands.">Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands.</a> Psychopharmacology. 117 (3), 340-357 (1995).</li><li>Li, H., Aksenova, M., Bertrand, S., Mactutus, C. F., Booze, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+filamentous+actin+(F-actin)+puncta+in+rat+cortical+neurons.">Quantification of filamentous actin (F-actin) puncta in rat cortical neurons.</a> Journal of Visualized Experiments. (108), (2016).</li><li>McLaurin, K. A., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+Timing:+NeuroHIV+Progression+in+the+Post-cART+Era.">Disruption of Timing: NeuroHIV Progression in the Post-cART Era.</a> Scientific Reports. 9 (1), 827 (2019).</li><li>McLaurin, K. A., Moran, L. M., Li, H., Booze, R. M., Mactutus, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Power+of+Interstimulus+Interval+for+the+Assessment+of+Temporal+Processing+in+Rodents.">The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (146), e58659 (2019).</li><li>Li, H., McLaurin, K. A., Mactutus, C. F., Booze, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ballistic+Labeling+of+Pyramidal+Neurons+in+Brain+Slices+and+in+Primary+Cell+Culture.">Ballistic Labeling of Pyramidal Neurons in Brain Slices and in Primary Cell Culture.</a> Journal of Visualized Experiments. (158), (2020).</li><li>Ko, 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=Macrophages+but+not+Astrocytes+Harbor+HIV+DNA+in+the+Brains+of+HIV-1-Infected+Aviremic+Individuals+on+Suppressive+Antiretroviral+Therapy.">Macrophages but not Astrocytes Harbor HIV DNA in the Brains of HIV-1-Infected Aviremic Individuals on Suppressive Antiretroviral Therapy.</a> Journal of Neuroimmune Pharmacology. 14 (1), 110-119 (2019).</li><li>Sopper, 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=The+effect+of+simian+immunodeficiency+virus+infection+in+vitro+and+in+vivo+on+the+cytokine+production+of+isolated+microglia+and+peripheral+macrophages+from+rhesus+monkey.">The effect of simian immunodeficiency virus infection in vitro and in vivo on the cytokine production of isolated microglia and peripheral macrophages from rhesus monkey.</a> Virology. 220 (2), 320-329 (1996).</li><li>Llewellyn, G. N., Alvarez-Carbonell, D., Chateau, M., Karn, J., Cannon, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HIV-1+infection+of+microglial+cells+in+a+reconstituted+humanized+mouse+model+and+identification+of+compounds+that+selectively+reverse+HIV+latency.">HIV-1 infection of microglial cells in a reconstituted humanized mouse model and identification of compounds that selectively reverse HIV latency.</a> Journal of NeuroVirology. 24 (2), 192-203 (2018).</li></ol>

In diesem Protokoll haben wir ein EcoHIV-induziertes HIV-Infektionsmodell bei Ratten etabliert. Insbesondere beschrieben wir eine bilaterale stereotaktische Injektion von EcoHIV in den Kortex, die 7 Tage nach der Injektion erfolgreich eine aktive HIV-Infektion im Rattengehirn induzierte. Darüber hinaus zeigen wir, dass ecoHIV-Infektionen bei Ratten ein gutes biologisches System sein könnten, um Schlüsselaspekte von HAND zu untersuchen. Acht Wochen nach der EcoHIV-Infektion zeigten Ratten signifikante neurokognitive Be...

Biologische Systeme haben unser Verständnis von HIV-1-assoziierten neurokognitiven Störungen (HAND) und ihren zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen verbessert2. Die Bestimmung, welches biologische System für eine bestimmte Studie am besten geeignet ist, hängt oft von der Frage des Interesses ab2. Die Begrenzung der Bandbreite der Wirtstiermodelle stellt Studien zur Entwicklung der HIV-1-Krankheit in Den mittelpunkt. Um die HIV-1-Virusreplikation und Pathogenese zu untersuchen, erstellten Potash et al.3 ein Mausmodell der aktiven HIV-1-Infektion, das die kodierende Region des HIV-Oberflächenhüllenglykoproteins gp120 durch ökotropes MLV gp80 ersetzte, was zu einer erfolgreichen Virusreplikation bei Mäusen führte4. Nach Injektionen von Schwanzvenen bei chimären HIV-Mäusen (EcoHIV) wurden viele Merkmale beobachtet, die denen von HIV-1-seropositiven Personen ähneln (z. B. infizierte Lymphozyten und Makrophagen, die auf antivirale Immunantworten abzielen, und Entzündungen3,5,6).
Obwohl Mäuse und Ratten beide Mitglieder der Muridae sind, können grundlegende Artenunterschiede ihre Eignung für spezifische experimentelle Fragen beeinflussen7. Daher wäre die Ausweitung des EcoHIV-Infektionsmodells auf Ratten (häufig in Studien zu Drogenmissbrauch und neurokognitiven Störungen verwendet) bei der Untersuchung von neuroHIV von Vorteil. Zum Beispiel macht ihre größere Größe die Implantation von Jugularkathetern für Selbstverabreichungsverfahren von Medikamenten praktischer8. Techniken der Selbstverabreichung von Medikamenten bei Ratten wurden verwendet, um die Motivation bei HIV-19zu bewerten. Darüber hinaus wurden viele neurokognitive / verhaltende Aufgaben ursprünglich für Ratten entwickelt10. Hier berichten wir über die Verwendung stereotaktischer Injektionen von EcoHIV bei Ratten, um das EcoHIV-Infektionsmodell zu erweitern und eine wichtige Gelegenheit zu bieten, neue Fragen im Zusammenhang mit neuroHIV und HAND zu beantworten.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>293FT cells</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>R70007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic-Antimycotic solution</td>
			<td>Cellgro</td>
			<td>30004CI</td>
			<td>100X</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning BioCoatGelatin 75cm&#178; Rectangular Canted Neck Cell Culture Flask with Vented Cap</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>354488</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning DMEM with L-Glutamine, 4.5 g/L Glucose and Sodium Pyruvate</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>10013CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass</td>
			<td>VWR</td>
			<td>637-137</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drill</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Forceps</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>14095</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #7 Forceps</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>14097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Biopur Safe-Lock Tubes</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>22600028</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethicon Vicryl Plus Antibacterial, 4-0 Polyglactin 910 Suture, 27in. FS-2</td>
			<td>Med Vet International</td>
			<td>VCP422H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton syringe</td>
			<td>Hamilton</td>
			<td>1701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Invitrogen Lipofectamine 3000 Transfection Reagent</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>L3000015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iris Forceps</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>15914</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iris Scissors</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>500216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lentivirus-Associated p24 ELISA Kit</td>
			<td>Cell Biolabs, inc.</td>
			<td>VPK-107-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lenti-X Concentrator</td>
			<td>Takara</td>
			<td>PT4421-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM I Reduced Serum Medium</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>11058021</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>158127-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P6148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Gold</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P36930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevoflurane</td>
			<td>Merritt Veterinary Supply</td>
			<td>347075</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stereotaxic apparatus</td>
			<td>Kopf Instruments</td>
			<td>Model 900</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperFrost Plus Slides</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-550-154%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vannas Scissors</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>500086</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a rat model of ecohiv brain infection

Es wurde gut untersucht, dass das EcoHIV-infizierte Mausmodell bei der Untersuchung von HIV-assoziierten neurologischen Komplikationen von erheblichem Nutzen ist. Die Etablierung des EcoHIV-infizierten Rattenmodells für Studien zu Drogenmissbrauch und neurokognitiven Störungen wäre bei der Untersuchung von neuroHIV- und HIV-1-assoziierten neurokognitiven Störungen (HAND) von Vorteil. In der vorliegenden Studie demonstrieren wir die erfolgreiche Erstellung eines Rattenmodells der aktiven HIV-Infektion mit chimärem HIV (EcoHIV). Zunächst wurde das lentivirale Konstrukt von EcoHIV 48 Stunden lang in kultivierten 293 FT-Zellen verpackt. Dann wurde das bedingte Medium konzentriert und titeriert. Als nächstes führten wir bilaterale stereotaktische Injektionen des EcoHIV-EGFP in F344/ N Rattenhirngewebe durch. Eine Woche nach der Infektion wurden EGFP-Fluoreszenzsignale im infizierten Hirngewebe nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass EcoHIV bei Ratten erfolgreich eine aktive HIV-Infektion induziert. Zusätzlich wurde eine Immunfärbung für den mikroglialen Zellmarker Iba1 durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Mikroglia der vorherrschende Zelltyp waren, der EcoHIV beherbergte. Darüber hinaus zeigten EcoHIV-Ratten Veränderungen in der zeitlichen Verarbeitung, einen möglicherweise zugrunde liegenden neurobehavioralen Mechanismus von HAND sowie synaptische Dysfunktion acht Wochen nach der Infektion. Insgesamt erweitert die vorliegende Studie das EcoHIV-Modell der HIV-1-Infektion auf die Ratte und bietet ein wertvolles biologisches System, um HIV-1-Virusreservoirs im Gehirn sowie HAND und damit verbundene Komorbiditäten wie Drogenmissbrauch zu untersuchen.

Das konditionierte Medium wurde aus Lentivirus von EcoHIV-EGFP-infizierten 293FT-Zellen entnommen. Als nächstes wurde es konzentriert und titeriert, dann stereotrisch in das Gehirn (kortikale Region) von F344 / N-Ratten injiziert. Sieben Tage nach der Injektion wurden Ratten geopfert und Bilder von koronalen Hirnschnitten von Bregma 5,64 mm bis Bregma -4,68 mm aufgenommen. In Abbildung 1Agibt es signifikante EcoHIV-EGFP-Signale im gesamten Gehirn, insbesondere im Kortex und im Gyrus hippoca...

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A Rat Model of EcoHIV Brain Infection

Hier stellen wir ein Protokoll vor, um ein neues Rattenmodell der aktiven HIV-Infektion mit chimärem HIV (EcoHIV) zu etablieren, das entscheidend ist, um unser Verständnis von HIV-1-Virusreservoirs im Gehirn zu verbessern und ein System zur Untersuchung von HIV-assoziierten neurokognitiven Störungen und damit verbundenen Komorbiditäten (dh Drogenmissbrauch) anzubieten.

Ein Rattenmodell der EcoHIV-Gehirninfektion

It has been well studied that the EcoHIV infected mouse model is of significant utility in investigating HIV associated neurological complications. ...

Mit Ratten kann dieses Protokoll verwendet werden, um ein neues Modell der aktiven HIV-Infektion mit chimärem HIV zu etablieren. Bei Ratten könnte die Etablierung des EcoHIV-Infektionsmodells für Studien zu Drogenmissbrauch und neurokognitiven Störungen für die Untersuchung von Neuro-HIV und HIV-1-assoziierten neurokognitiven Störungen von Vorteil sein. Demonstrierende Vorgehensweise wird Hailong Li, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter aus meinem Labor, sein.Für die Verpackung des Virus in 293 T-Zellen fünfmal 10 bis fünf 293 T-Zellen pro Milliliter DMEM, ergänzt mit 10%FBS, in jeden der beiden gelatinebeschichteten 75-Quadratzentimeter-Kolben aussäen und die Zellen bei 37 Grad Celsius inkubieren, bis die Kulturen eine Konfluenz von 50% erreichen. Am Tag der Transfektion 22,5 Mikroliter Transfektionsreagenz in 750 Mikroliter Medium pro Kolben in einem 1,5 Milliliter Mikrozentrifugenröhrchen verdünnen und die Lösung drei Sekunden lang vortexen. 20 Mikrogramm der chimären EcoHIV-Plasmid-DNA in 750 Mikroliter Medium in einem zweiten 1,5-Milliliter-Mikrozentrifugenröhrchen pro Kolben unter gründlicher Mischung verdünnen.Kombinieren Sie die verdünnte DNA mit dem verdünnten Transfektionsreagenz unter sanftem Mischen und inkubieren Sie die resultierende Lösung für 15 Minuten bei Raumtemperatur. Am Ende der Inkubation fügen Sie jede Virussuspension zu 10 Millilitern vorwarmem DMEM-Medium hinzu und fügen Sie jede virusergänzte Lösung in einen Kolben mit 293 T-Zellen hinzu. Nach zwei Tagen Zellkultur den Überstand aus den Kolben in einem einzigen 50-Milliliter-Konikalrohr zur Zentrifugation bündeln und den geklärten Überstand in ein neues 50-Milliliter-Röhrchen überführen.Acht Milliliter Lenti-X-Konzentrator in den geklärten Überstand geben und mit sanfter Inversion mischen. Nach einer zweitägigen Inkubation bei vier Grad Celsius zentrifugieren Sie die Mischung und entfernen Sie vorsichtig den Überstand, dann resuspendieren Sie das Pellet vorsichtig mit 100 Mikrolitern 100 Millimolar PBS und verwenden Sie ein P24 ELISA-Kit, um die Viruskonzentration zu titern. Für die EcoHIV-EGFP-Injektion rasieren Sie nach Bestätigung einer mangelnden Reaktion auf den Pedalreflex die Haare aus der Gehirnregion und sterilisieren Sie die exponierte Haut zweimal mit 70% Ethanol und einem Peeling auf Chlorhexidinbasis.Sichern Sie die Ratte in einer Bauchlage in einem stereotaxischen Apparat und machen Sie einen fünf bis sechs Zentimeter großen Schnitt durch die Haut entlang der Kopfhautmittellinie. Markieren Sie eine Bohrposition bei 0,8 Millimetern seitlich und eine 1,2 Millimeter rostrale bis bregma und bohren Sie an jeder Schädelposition ein Loch mit einem Durchmesser von 0,4 Millimetern. Laden Sie 1,04 mal 10 bis die sechsten Transduktionseinheiten pro Milliliter titerter EcoHIV Lentivirus-Lösung in eine 10-Mikroliter-Injektionsspritze und befestigen Sie die Spritze an der stereotaxischen Apparatur.Bewegen Sie die Nadel nahe an die Oberfläche eines Bohrlochs und führen Sie die Nadel 2,5 Milliliter in das Loch ein. Infundieren Sie einen Mikroliter Viruslösung mit einer Rate von 0,2 Mikrolitern Virus pro Minute. Wenn das gesamte Virus injiziert wurde, lassen Sie die Nadel fünf Minuten lang im Injektionsbereich, bevor Sie die Nadel langsam zurückziehen, bis sie sich außerhalb des Rattenschädels befindet.Schließen Sie den Hautschnitt mit einer 4-0 Seidenfadennaht und sterilisieren Sie die Lösung mit 70% Ethanol, dann legen Sie die Ratte in eine Erholungskammer mit einem Heizkissen mit Überwachung bis zur Liege. Ein bis acht Wochen nach der Virusinfusion, nachdem eine mangelnde Reaktion auf den Pedalreflex bestätigt wurde, fixieren Sie die Ratte in Rückenlage in einem Abzug und schneiden Sie die Haut entlang der thorakalen Mittellinie. Schneiden Sie die Membran ab, um die Brusthöhle zu öffnen, und führen Sie eine 20 Mal 25 Millimeter große Nadel in den linken Ventrikel ein.Öffnen Sie sofort das rechte Atrium mit einer Schere und durchtränken Sie 50 Milliliter vorgekühltes 100 Millimolar PBS bei einer Durchflussrate von fünf Millilitern pro Minute. Wenn das gesamte PBS geliefert wurde, mit 100 Millilitern kaltem 4% Paraformaldehyd perfundieren. Wenn das gesamte Fixiermittel abgegeben wurde, entfernen Sie das Gehirn aus dem Schädel und fixieren Sie das Gewebe über Nacht in frischem 4% Paraformaldehyd.Am nächsten Morgen legen Sie die Probe in 40 Milliliter 30% Saccharose in 100 Millimolar PBS in einem 50 Milliliter Röhrchen für etwa drei Tage, bis sich das Gehirn am Boden des Röhrchens absetzt, bevor Sie das Hirngewebe in Methylbutanol für zwei Minuten bei minus 80 Grad Celsius einfrieren. Verwenden Sie nach dem Einfrieren einen Minus 20 Grad Celsius Kryostaten und einen feinen Pinsel, um 50 Mikrometer dicke koronale Abschnitte zu erhalten. Wenn alle Abschnitte erhalten sind, decken Sie die Proben mit 300 Mikrolitern Anti-Fade-Medium ab und montieren Sie sie mit 22 50-Milliliter-Deckschichten.Wenn das Medium getrocknet ist, stellen Sie die Schnitte durch konfokale Mikroskopie ab. Sieben Tage nach der Lentivirus-Injektion zeigen koronale Hirnschnittbilder von Ratten ein signifikantes Vorhandensein von EcoHIV-EGFP-Signalen im gesamten Hirngewebe, insbesondere im Kortex und im Gyrus hippocampus dentatus. Die duale Markierung mit Iba1- und EcoHIV-EGFP-Sonden liefert starke Beweise dafür, dass Mikroglia der vorherrschende Zelltyp sind, der die EcoHIV-Expression im Gehirn beherbergt.Acht Wochen nach der Infektion zeigen EcoHIV-injizierte Tiere eine relative Unempfindlichkeit gegenüber der Manipulation des Interstimulusintervalls, was durch eine relativ flachere Intervallfunktion im Vergleich zu Salzkontrollen belegt wird. Darüber hinaus zeigen EcoHIV-injizierte Ratten tiefgreifende Veränderungen in ihrer dendritischen Wirbelsäulenmorphologie, was durch eine erhöhte relative Häufigkeit kürzerer dendritischer Stacheln mit erhöhten Kopf- und Halsdurchmessern im Vergleich zu Kontrolltieren belegt wird. Die Konzentration und Titration des Konditionsmediums vor der stereotaxischen Injektion ist entscheidend, um die konsistenten und reproduzierbaren Ergebnisse über Experimente hinweg sicherzustellen.Diese spezifische regionale stereotaxische Injektion von EcoHIV sorgt für eine effiziente HIV-Infektion im Gehirn und erzeugt bei Ratten zeitliche Verarbeitungsdefizite. Die Verwendung stereotaxischer HIV-Injektionen bei Ratten zur Erweiterung des EcoHIV-Infektionsmodells bietet eine wichtige Gelegenheit, neue Fragen im Zusammenhang mit Neuro-HIV zu beantworten.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Gene Delivery to Postnatal Rat Brain by Non-ventricular Plasmid Injection and Electroporation

Creation of transgenic animals is a standard approach in studying functions of a gene of interest in vivo. However, many knockout or transgenic animals are not viable in those cases where the modified gene is expressed or deleted in the whole organism. Moreover, a variety of compensatory mechanisms often make it difficult to interpret the results. The compensatory effects can be alleviated by either timing the gene expression or limiting the amount of transfected cells.
The method of postnatal non-ventricular microinjection and in vivo electroporation allows targeted delivery of genes, siRNA or dye molecules directly to a small region of interest in the newborn rodent brain. In contrast to conventional ventricular injection technique, this method allows transfection of non-migratory cell types. Animals transfected by means of the method described here can be used, for example, for two-photon in vivo imaging or in electrophysiological experiments on acute brain slices.

This protocol describes a non-viral method of delivery of genetic constructs to a certain area of living rodent brain. The method consists of plasmid preparation, micropipette fabrication, neonatal rat pup surgery, microinjection of the construct, and in vivo electroporation.

Gene Lieferung in Postnatale Rattengehirn von Non-ventrikuläre Plasmid Injektion und Elektroporation

Creation of transgenic animals is a standard approach in studying functions of a gene of interest in vivo. However, many knockout or transgenic animals ...

Forschung

Neurowissenschaften

Stereotaxic Surgery for Excitotoxic Lesion of Specific Brain Areas in the Adult Rat

Many behavioral functions in mammals, including rodents and humans, are mediated principally by discrete brain regions. A common method for discerning the function of various brain regions for behavior or other experimental outcomes is to implement a localized ablation of function. In humans, patient populations with localized brain lesions are often studied for deficits, in hopes of revealing the underlying function of the damaged area. In rodents, one can experimentally induce lesions of specific brain regions.
Lesion can be accomplished in several ways. Electrolytic lesions can cause localized damage but will damage a variety of cell types as well as traversing fibers from other brain regions that happen to be near the lesion site. Inducible genetic techniques using cell-type specific promoters may also enable site-specific targeting. These techniques are complex and not always practical depending on the target brain area. Excitotoxic lesion using stereotaxic surgery, by contrast, is one of the most reliable and practical methods of lesioning excitatory neurons without damaging local glial cells or traversing fibers.
Here, we present a protocol for stereotaxic infusion of the excitotoxin, N-methyl-D-aspartate (NMDA), into the basolateral amygdala complex. Using anatomical indications, we apply stereotaxic coordinates to determine the location of our target brain region and lower an injection needle in place just above the target. We then infuse our excitotoxin into the brain, resulting in excitotoxic death of nearby neurons. While our experimental subject of choice is a rat, the same methods can be applied to other mammals, with the appropriate adjustments in equipment and coordinates.
This method can be used on a variety of brain regions, including the basolateral amygdala1-6, other amygdala nuclei6, 7, hippocampus8, entorhinal cortex9 and prefrontal cortex10. It can also be used to infuse biological compounds such as viral vectors1, 11. The basic stereotaxic technique could also be adapted for implantation of more permanent osmotic pumps, allowing more prolonged exposure to a compound of interest.

Targeted ablation of specific brain region(s) by infusion of an excitotoxin using stereotaxic coordinates is described. This technique could also be adapted for infusion of other chemicals into the rat brain.

Stereotaktischen Chirurgie für Exzitotoxische Läsion Spezifische Hirnareale in der erwachsenen Ratte

Many behavioral functions in mammals, including rodents and humans, are mediated principally by discrete brain regions. A common method for discerning the ...

A Rat Model of Mild Intrauterine Hypoperfusion with Microcoil Stenosis

Intrauterine hypoperfusion/ischemia is one of the major causes of intrauterine/fetal growth restriction, preterm birth, and low birth weight. Most studies of this phenomenon have been performed in either models with severe intrauterine ischemia or models with gradient degree of intrauterine hypoperfusion. No study has been performed in a model on uniform mild intrauterine hypoperfusion (MIUH). Two models have been used for studies of MIUH: a model based on suture ligation of either side of the arterial arcade formed with the uterine and ovarian arteries, and a transient model based on clipping the bilateral ovarian arteries and aorta having patency. Those two rodent models of MIUH have some limitations, e.g., not all fetuses are subjected to MIUH, depending on their position in the uterine horn. In our MIUH model, all fetuses are subjected to a comparable level of intrauterine hypoperfusion. MIUH was achieved by mild stenosis of all four arteries feeding the uterus, i.e., the bilateral uterine and ovarian arteries.
Arterial stenosis was induced by metal microcoils wrapped around the feeding arteries. Producing arterial stenosis with microcoils allowed us to control, optimize, and reproduce decreased blood flow with very little inter-animal variability and a low mortality rate, thus enabling accurate evaluation. When microcoils with an inner diameter of 0.24 mm were used, the blood flow in both the placenta and fetus was mildly decreased (approximately 30% from the pre-stenosis level in the placenta). The offspring of our MIUH model clearly demonstrates long-lasting alterations in neurological, neuroanatomical and behavioral test results.

Mild intrauterine hypoperfusion was produced by artery stenosis with metal microcoils wrapped around the uterine and ovarian arteries in rats at embryonic day 17. This procedure produced prenatal hypoperfusion and intrauterine growth restriction.

Einem Rattenmodell der milden Intrauterine Hypoperfusion mit Microcoil Stenose

Intrauterine hypoperfusion/ischemia is one of the major causes of intrauterine/fetal growth restriction, preterm birth, and low birth weight. Most studies ...

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier (BBB). Rats with induced ischemic stroke were established and used as in vivo models to investigate the functional integrity of the BBB. Spectrophotometric detection of Evans blue (EB) in the brain samples with ischemic injury could provide reliable justification for the research and development of novel therapeutic modalities. This method generates reproducible results, and is applicable in any laboratory without a need for special equipment. Here, we present a visualized and technical guideline on the detection of the extravasation of EB following induction of ischemic stroke in rats.

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

The overall goal of this procedure is to provide a highly reproducible technique for in vivo assessment of the blood-brain barrier disruption in rat models of ischemic stroke.

Eine In-Vivo -Bewertung der Störung der Blut - Hirn-Schranke in einem Rattenmodell des ischämischen Schlaganfalls

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier ...

A Rat Model of Central Fatigue Using a Modified Multiple Platform Method

In this article, we introduced a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM). The Multiple Platform box was designed as a water tank with narrow platforms on the bottom. The model rats were put into the tank and stood on the platforms for 14 h (18:00 - 8:00) per day for a consecutive 21 days, with a blank control group set for contrast. At the end of modeling, rats in the model group showed an obvious fatigued appearance. To assess the model, we performed several behavioral tests, including the open field test (OFT), the elevated plus maze (EPM) test, and the exhaustive swimming (ES) test. The results showed that anxiety, spatial cognition impairment, poor muscle performance, and declined voluntary activity presented in model rats confirm the diagnosis of&#160;central fatigue. Changes of the central neurotransmitters also verified the result. In conclusion, the model successfully simulated central fatigue, and future study with the model may help reveal the pathological mechanism of the disease.

Here, we present a protocol to introduce a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM).

Eine Ratte Modell der zentralen Ermüdung mit einem modifizierten mehrere Plattform-Methode

In this article, we introduced a rat model of central fatigue using the modified multiple platform method (MMPM). The Multiple Platform box was designed ...

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, very few have been widely accepted. Here, we propose&#160;a new procedure&#160;adapted from the well-known ex vivo brain slice technique, which offers a closer in vivo-like scenario than in vitro preparations, for investigating the early events triggering cell degeneration, as observed in Alzheimer&#39;s disease (AD). This variation consists of simple and easily reproducible steps, which enable preservation of the anatomical cytoarchitecture of the selected brain region and its local functionality in a physiological milieu. Different anatomical areas can be obtained from the same brain, providing the opportunity to perform multiple experiments with the treatments in question in a site-, dose-, and time-dependent manner. Potential limitations&#160;which could affect the outcomes related to this methodology are related to the conservation of the tissue, i.e., the maintenance of its anatomical integrity during the slicing and incubation steps and the section thickness, which can influence the biochemical and immunohistochemical analysis. This approach can be employed for different purposes, such as exploring molecular mechanisms involved in physiological or pathological conditions, drug screening, or dose-response assays. Finally, this protocol could also reduce the number of animals employed in behavioral studies. The application reported here has been recently described and tested for the first time on ex vivo rat brain slices containing the basal forebrain (BF), which is one of the cerebral regions primarily affected in AD. Specifically, it has been demonstrated that the administration of a toxic peptide derived from the C-terminus of acetylcholinesterase (AChE) could prompt an AD-like profile, triggering, along the antero-posterior axis of the BF, a differential expression of proteins altered in AD, such as the alpha7 nicotinic receptor (&#945;7-nAChR), phosphorylated Tau (p-Tau), and amyloid beta (A&#946;).

An Alternative Approach to Study Primary Events in Neurodegeneration Using Ex Vivo Rat Brain Slices

We present a method which can&#160;provide further insights into the early events underlying neurodegeneration and based on the established ex-vivo brain technique, combining the advantages of in vivo and in vitro experiments. Moreover, it represents a unique opportunity for direct comparison of treated and untreated group in the same anatomical plane.

Ein alternativer Ansatz zur primären Ereignissen in Neurodegeneration mit Ex Vivo Ratte Gehirnscheiben studieren

Despite&#160;numerous studies that attempt to develop reliable animal models&#160;which reflecting the primary processes underlying neurodegeneration, ...

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic delivery including precise localization to a target brain region and reduction of off target side effects. However, stereotaxic surgery is highly invasive which limits its translational efficacy, requires long recovery times, and provides challenges when targeting multiple brain regions. Focused ultrasound (FUS) can be used in combination with circulating microbubbles to transiently open the blood brain barrier (BBB) in millimeter sized regions. This allows intracranial localization of systemically delivered agents that cannot normally cross the BBB. This technique provides a noninvasive alternative to stereotaxic surgery. However, to date this technique has yet to be widely adopted in neuroscience laboratories due to the limited access to equipment and standardized methods. The overall goal of this protocol is to provide a benchtop approach to FUS BBB opening (BBBO) that is affordable and reproducible and can therefore be easily adopted by any laboratory.

Focused ultrasound with microbubble agents can open the blood brain barrier focally and transiently. This technique has been used to deliver a wide range of agents across the blood brain barrier. This article provides a detailed protocol for the localized delivery to the rodent brain with or without MRI guidance.

Ein Benchtop-Ansatz zur standortspezifischen Blut-Hirn-Barriere-Öffnung mit fokussiertem Ultraschall in einem Rattenmodell

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

A Hydrophobic Tissue Clearing Method for Rat Brain Tissue

Hydrophobic tissue clearing methods are easily adjustable, fast, and low-cost procedures that allows for the study of a molecule of interest in unaltered tissue samples. Traditional immunolabeling procedures require cutting the sample into thin sections, which restricts the ability to label and examine intact structures. However, if brain tissue can remain intact during processing, structures and circuits can remain intact for the analysis. Previously established clearing methods take significant time to completely clear the tissue, and the harsh chemicals can often damage sensitive antibodies. The iDISCO method quickly and completely clears tissue, is compatible with many antibodies, and requires no special lab equipment. This technique was initially validated for the use in mice tissue, but the current protocol adapts this method to image hemispheres of control and transgenic rat brains. In addition to this, the present protocol also makes several adjustments to preexisting protocol to provide clearer images with less background staining. Antibodies for Iba-1 and tyrosine hydroxylase were validated in the HIV-1 transgenic rat and in F344/N control rats using the present hydrophobic tissue clearing method. The brain is an interwoven network, where structures work together more often than separately of one another. Analyzing the brain as a whole system as opposed to a combination of individual pieces is the greatest benefit of this whole brain clearing method.

Here we present a hydrophobic tissue clearing method that allows for the viewing of target molecules as part of intact brain structures. This technique has now been validated for F344/N control and HIV-1 transgenic rats of both sexes.

Eine hydrophobe Gewebereinigungsmethode für Rattenhirngewebe

Hydrophobic tissue clearing methods are easily adjustable, fast, and low-cost procedures that allows for the study of a molecule of interest in unaltered ...

Induction and Assessment of Levodopa-induced Dyskinesias in a Rat Model of Parkinson's Disease

Levodopa (L-DOPA) remains the gold-standard therapy used to treat Parkinson&#39;s disease (PD) motor symptoms. However, unwanted involuntary movements known as L-DOPA-induced dyskinesias (LIDs) develop with prolonged use of this dopamine precursor.&#160;It is estimated that the incidence of LIDs escalates to approximately 90% of individuals with PD within 10&#8211;15 years of treatment. Understanding the mechanisms of this malady and developing both novel and effective anti-dyskinesia treatments requires consistent and accurate modeling for pre-clinical testing of therapeutic interventions. A detailed method for reliable induction and comprehensive rating of LIDs following 6-OHDA-induced nigral lesioning in a rat model of PD is presented here. Dependable LID assessment in rats provides a powerful tool that can be readily utilized across laboratories to test emerging therapies focused on reducing or eliminating this common treatment-induced burden for individuals with PD.

Induction and Assessment of Levodopa-induced Dyskinesias in a Rat Model of Parkinson&#039;s Disease

This article describes methods to induce and evaluate levodopa-induced dyskinesias in a rat model of Parkinson&#39;s disease. The protocol offers detailed information regarding the intensity and frequency of a range of dyskinetic behaviors, both dystonic and hyperkinetic, providing a reliable tool to test treatments targeting this unmet medical need.

Induktion und Bewertung von Levodopa-induzierten Dyskinesien in einem Rattenmodell der Parkinson-Krankheit

Levodopa (L-DOPA) remains the gold-standard therapy used to treat Parkinson&#39;s disease (PD) motor symptoms. However, unwanted involuntary movements ...

Validierung der Verletzungsreaktion und Verhaltensbewertungen in einem mTBI-Rattenmodell

Rat Model of Closed-Head Mild Traumatic Injury and its Validation

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful insights, developing a stable and reproducible animal model is essential. In this study, we report a detailed description of a closed-head mTBI model and a representative validation method using Sprague-Dawley rats to verify the modeling effect. The model involves dropping a 550 g mass weight from a height of 100 cm directly onto the head of a rat on a destructible surface, followed by a 180-degree turn. To assess the injury, rats underwent a series of neurobehavioral assessments 10 min post-injury, including time of loss of consciousness, first seeking-behavior time, escape ability, and beam balance ability test. During the acute and subacute stages following the injury, behavioral tests were conducted to assess motor coordination ability (Beam task), anxiety (Open Field test), and learning and memory abilities (Morris Water Maze test). The closed-head mTBI model produced a consistent injury response with minimal mortality and replicated real-life situations. The validation method effectively verified the model development and ensured the stability and consistency of the model.

Autor im Rampenlicht: Förderung der Forschung zu traumatischen Hirnverletzungen - Ein geschlossenes Modell für genaue Replikation und schnelle Bewertung 

Here, we present a closed-head mild traumatic brain injury (mTBI) rat model and its validation exhibiting remarkable similarity to human mTBI concerning behavioral manifestations during the acute and subacute stages.

Rattenmodell für leichte traumatische Verletzungen mit geschlossenem Kopf und seine Validierung

Animal models are crucial for advancing our understanding of mild traumatic brain injury (mTBI) and guiding clinical research. To achieve meaningful ...