Name: assessment of thermal damage from robot-drilled craniotomy for cranial window surgery in mice
Uploaded: 2022-11-11T13:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Thermal Damage from Robot-Drilled Craniotomy for Cranial Window Surgery in Mice at JoVE.com

Cette étude a été financée en partie par les bourses d’évaluation du mérite GRANT12418820 (Capadona) et GRANTI01RX003420 (Shoffstall/Capadona), et la bourse de carrière scientifique de recherche # GRANT12635707 (Capadona) du Service de recherche et de développement en réadaptation du ministère des Anciens Combattants des États-Unis. De plus, ce travail a également été soutenu en partie par le National Institute of Health, le National Institute of Neurological Disorders and Stroke GRANT12635723 (Capadona) et le National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering, T32EB004314, (Capadona/Kirsch). Ce matériel est basé sur des travaux soutenus par la National Science Foundation Graduate Research Fellowship sous le numéro de subvention GRANT12635723. Toute opinion, constatation, conclusion ou recommandation exprimée dans ce document est celle de l’auteur (s) et ne reflète pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation.

Toutes les procédures et pratiques de soins aux animaux ont été examinées, approuvées et exécutées conformément au comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux du Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center.
1. Configuration du matériel de robot chirurgical
<ol><li>Avant la chirurgie, suivez le manuel et le guide du robot chirurgical (voir le tableau des matériaux) pour configurer le matériel et les logici...

<ol>
	<li>Kilic, K., 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=Chronic+cranial+windows+for+long+term+multimodal+neurovascular+imaging+in+mice.">Chronic cranial windows for long term multimodal neurovascular imaging in mice.</a> Frontiers in Physiology. 11, 612678 (2020).</li><li>Goldey, G. 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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=Dendritic+spine+abnormalities+in+amyloid+precursor+protein+transgenic+mice+demonstrated+by+gene+transfer+and+intravital+multiphoton+microscopy.">Dendritic spine abnormalities in amyloid precursor protein transgenic mice demonstrated by gene transfer and intravital multiphoton microscopy.</a> Journal of Neuroscience. 25 (31), 7278-7287 (2005).</li><li>Price, D. 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L., Weder, C., Capadona, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+towards+biocompatible+intracortical+microelectrodes+for+neural+interfacing+applications.">Progress towards biocompatible intracortical microelectrodes for neural interfacing applications.</a> Journal of Neural Engineering. 12 (1), 011001 (2015).</li><li>Cole, J. 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=Craniotomy:+true+sham+for+traumatic+brain+injury,+or+a+sham+of+a+sham.">Craniotomy: true sham for traumatic brain injury, or a sham of a sham.</a> Journal of Neurotrauma. 28 (3), 359-369 (2011).</li><li>Shoffstall, A. 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=Potential+for+thermal+damage+to+the+blood-brain+barrier+during+craniotomy:+implications+for+intracortical+recording+microelectrodes.">Potential for thermal damage to the blood-brain barrier during craniotomy: implications for intracortical recording microelectrodes.</a> Journal of Neural Engineering. 15 (3), 034001 (2018).</li><li>Saunders, N. R., Dziegielewska, K. M., Mollgard, K., Habgood, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Markers+for+blood-brain+barrier+integrity:+how+appropriate+is+Evans+blue+in+the+twenty-first+century+and+what+are+the+alternatives.">Markers for blood-brain barrier integrity: how appropriate is Evans blue in the twenty-first century and what are the alternatives.</a> Frontiers in Neuroscience. 9, 385 (2015).</li><li>Wang, H. L., Lai, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+Evans+blue+quantitation+in+limited+rat+tissue+samples.">Optimization of Evans blue quantitation in limited rat tissue samples.</a> Scientific Reports. 4, 6588 (2014).</li><li>Goss-Varley, 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=Microelectrode+implantation+in+motor+cortex+causes+fine+motor+deficit:+Implications+on+potential+considerations+to+Brain+Computer+Interfacing+and+Human+Augmentation.">Microelectrode implantation in motor cortex causes fine motor deficit: Implications on potential considerations to Brain Computer Interfacing and Human Augmentation.</a> Scientific Reports. 7 (1), 15254 (2017).</li><li>Oomoto, I., 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=Protocol+for+cortical-wide+field-of-view+two-photon+imaging+with+quick+neonatal+adeno-associated+virus+injection.">Protocol for cortical-wide field-of-view two-photon imaging with quick neonatal adeno-associated virus injection.</a> STAR Protocols. 2 (4), 101007 (2021).</li><li>Dougherty, J. D., Zhang, J., Feng, H., Gong, S., Heintz, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+transgenesis+in+a+single+locus+with+independent+regulation+for+multiple+fluorophores.">Mouse transgenesis in a single locus with independent regulation for multiple fluorophores.</a> PLoS One. 7 (7), 40511 (2012).</li><li>Jung, 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=Analysis+of+fractalkine+receptor+CX(3)CR1+function+by+targeted+deletion+and+green+fluorescent+protein+reporter+gene+insertion.">Analysis of fractalkine receptor CX(3)CR1 function by targeted deletion and green fluorescent protein reporter gene insertion.</a> Molecular and Cellular Biology. 20 (3), 4106-4114 (2000).</li><li>Kiyatkin, E. A., Sharma, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Permeability+of+the+blood-brain+barrier+depends+on+brain+temperature.">Permeability of the blood-brain barrier depends on brain temperature.</a> Neuroscience. 161 (3), 926-939 (2009).</li><li>Eriksson, A. R., Albrektsson, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+threshold+levels+for+heat-induced+bone+tissue+injury:+a+vital-microscopic+study+in+the+rabbit.">Temperature threshold levels for heat-induced bone tissue injury: a vital-microscopic study in the rabbit.</a> The Journal of Prosthetic Dentistry. 50 (1), 101-107 (1983).</li><li>Bonfield, W., Li, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+temperature+dependence+of+the+deformation+of+bone.">The temperature dependence of the deformation of bone.</a> Journal of Biomechanics. 1 (4), 323-329 (1968).</li><li>Hrapkiewicz, K., Medina, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clinical Laboratory Animal Medicine, second ed. , (2007).</li><li>McLean, R., Moritz, A. R., Roos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+thermal+Injury.+VI.+Hyperpotassemia+caused+by+cutaneous+exposure+to+excessive+heat.">Studies of thermal Injury. VI. Hyperpotassemia caused by cutaneous exposure to excessive heat.</a> Journal of Clinical Investigations. 26 (3), 497-504 (1947).</li><li>Kyweriga, M., Sun, J., Wang, S., Kline, R., Mohajerani, M. H. <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+lateral+craniotomy+procedure+for+mesoscale+wide-field+optical+imaging+of+brain+activity.">A large lateral craniotomy procedure for mesoscale wide-field optical imaging of brain activity.</a> Journal of Visualized Experiments. (123), e52642 (2017).</li></ol>

L’utilisation du colorant EB et de l’imagerie est simple, rapide et utile pour évaluer les dommages vasculaires dans le cerveau pour de nouvelles méthodes et techniques. Qu’il s’agisse d’utiliser un robot chirurgical ou de confirmer les méthodes actuellement utilisées en laboratoire, il est important de valider les méthodes chirurgicales pour isoler les effets des traitements expérimentaux par rapport à l’impact chirurgical et améliorer le bien-être animal. Une configuration de thermocouple est égal...

Les fenêtres crâniennes sont devenues omniprésentes dans les domaines des neurosciences, de l’ingénierie neuronale et de la biologie pour permettre la visualisation directe et l’imagerie du cortex chez les animaux vivants 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . La puissante combinaison de souris transgéniques et d’imagerie multiphotonique a fourni des informations extrêmement précieuses sur l’activité des circuits et d’autres connaissances biologiques dans le cerveau in vivo 12,13,14,15,16,17,18. Les microscopes miniatures montés sur le crâne ont encore étendu ces capacités pour permettre des enregistrements chez des animaux éveillés et en mouvement libre19. Le processus de création d’une fenêtre crânienne nécessite un forage électrique pour amincir ou enlever complètement l’os crânien afin de produire des craniotomies suffisamment grandes pour fixer un morceau de verre transparent sur le cortex20. Le polydiméthylsiloxane (PDMS) et d’autres polymères ont également été testés comme matériaux de fenêtre crânienne 9,21. En fin de compte, la fenêtre crânienne idéale est celle qui n’altère pas ou n’interfère pas avec l’activité endogène normale en dessous. Cependant, il est communément admis que le perçage de fenêtres crâniennes aggrave les tissus sous-jacents, entraînant des dommages au cerveau, une perturbation de l’environnement et des méninges affectant au point d’obstruer la profondeur d’imagerie multiphotonique22. La neuroinflammation qui en résulte a un large éventail d’effets allant de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) à l’activation et au recrutement des cellules gliales autour du site implantaire23. Par conséquent, la caractérisation de méthodes de perçage de fenêtres crâniennes plus sûres et plus reproductibles est cruciale pour une qualité d’imagerie constante et la réduction des facteurs de confusion.
Bien que l’on prenne soin de minimiser les traumatismes au tissu sous-jacent, le fait de percer l’os peut causer des perturbations thermiques et mécaniques au cerveau24,25. Un traumatisme mécanique résultant d’une pénétration accidentelle de perceuse dans la dure-mère peut en outre induire divers degrés de lésions corticales24. Dans une étude de Shoffstall et coll.25, la chaleur du forage osseux a entraîné une augmentation de la perméabilité de la BHE, comme l’indique la présence de colorant bleu Evans (EB) dans le parenchyme cérébral 25. Le colorant EB, injecté par voie intraveineuse, se lie à l’albumine circulante dans la circulation sanguine et ne traverse donc normalement pas une BHE saine à des concentrations appréciables. En conséquence, le colorant EB est couramment utilisé comme marqueur sensible de la perméabilité BBB26,27. Bien que leur étude n’ait pas mesuré directement l’impact de la perméabilité de la BHE sur les séquelles biologiques ultérieures à l’étude, des études antérieures ont corrélé la perméabilité de la BHE à une réponse neuroinflammatoire accrue aux microélectrodes implantées de façon chronique et à des altérations de la fonction motrice28.
Selon les objectifs de l’étude, l’ampleur des dommages thermiques et mécaniques peut contribuer à une source d’erreur expérimentale, affectant négativement la rigueur et la reproductibilité de l’étude. Il existe des dizaines de méthodes citées pour produire des fenêtres crâniennes, chacune utilisant un équipement de forage, des vitesses, des techniques et des utilisateursdifférents 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. Shoffstall et coll.25 ont signalé que la variation observée dans les résultats de chauffage était attribuée à la variabilité de la force appliquée, de la vitesse d’avance et de l’angle d’application de la foreuse, entre autres aspects qui ne peuvent être contrôlés lors du forage manuel 25. On croit que les systèmes de forage automatisés et d’autres équipements stéréotaxiques peuvent améliorer la reproductibilité et la cohérence des résultats, mais les études de méthodes publiées n’ont pas rigoureusement évalué la température ou la perméabilité BBB comme l’un des résultats. Par conséquent, il est nécessaire de disposer de méthodes plus reproductibles et appliquées de manière cohérente pour produire des fenêtres crâniennes, ainsi que de méthodes rigoureusement appliquées pour évaluer l’impact du forage de fenêtres crâniennes sur le tissu neural sous-jacent.
L’objectif de cette étude est de déterminer et de développer des méthodes de forage cohérentes et sécuritaires pour les fenêtres crâniennes. La taille de la craniotomie pour l’installation de fenêtres crâniennes est significativement plus grande que les craniotomies standard pour les microélectrodes implantées dans le cerveau. De telles craniotomies ne peuvent pas être complétées avec un seul trou de bavure lors de l’utilisation d’un équipement standard, introduisant ainsi une plus grande variabilité technique inter-chirurgienne lorsqu’elles sont effectuées à la main20. Des robots de forage chirurgical ont été introduits sur le terrain, mais n’ont pas été largement adoptés 1,6,29. L’automatisation du forage offre un contrôle sur les variables contribuant à la variation observée d’un essai à l’autre, ce qui suggère que l’utilisation de l’équipement peut réduire les effets inter- et intra-chirurgiens. Ceci est particulièrement intéressant étant donné la difficulté supplémentaire de la craniotomie plus grande nécessaire pour la mise en place de la fenêtre crânienne. Bien que l’on puisse supposer que le contrôle fourni par l’automatisation du forage présente des avantages évidents, il y a eu peu d’évaluation de la mise en œuvre de ces équipements. Bien que des lésions visibles n’aient pas été observées5, le test de sensibilité plus élevé utilisant EB est souhaité.
Ici, la perméabilité BBB est mesurée à l’aide d’un robot de forage chirurgical disponible dans le commerce avec le logiciel correspondant, qui permet la programmation de coordonnées stéréotaxiques, la planification / cartographie de la craniotomie et une sélection de styles de forage (« point par point » vs « horizontal »), se référant à la trajectoire acheminée du foret. Initialement, huit points « de départ » sont forés (Figure 1A), décrivant la fenêtre crânienne. De là, l’espace entre les graines est découpé à l’aide de la méthode de forage « point par point » ou « horizontale ». « Point par point » effectue des coupes de trous pilotes verticaux (similaires à une perceuse CNC), tandis que « horizontal » effectue des coupes horizontales le long de la circonférence de la fenêtre crânienne qui délimite le trou (similaire à une routeur CNC). Le résultat pour les deux méthodes est un morceau de crâne qui peut être enlevé pour révéler la fenêtre crânienne. Pour isoler les dommages causés par le forage, la fenêtre crânienne n’est pas physiquement retirée, afin d’éviter tout dommage supplémentaire. Une combinaison de colorant EB couplée à une imagerie fluorescente est utilisée pour mesurer la perméabilité de la BHE après avoir effectué des craniotomies chez la souris, et un thermocouple inséré est utilisé pour mesurer directement la température de la surface du cerveau pendant le forage (Figure 1B, C). Des observations antérieures ont indiqué que le forage pulsé marche/arrêt avec des intervalles de 2 s était suffisant pour atténuer le chauffage du forage25, et est donc incorporé dans l’approche expérimentale pour le robot chirurgical.
L’objectif du travail présenté est de démontrer les méthodes d’évaluation des dommages thermiques causés par le forage de craniotomie. Bien que les méthodes soient présentées dans le contexte du forage automatisé, ces méthodes peuvent également être appliquées aux schémas de forage manuel. Ces méthodes peuvent être utilisées pour valider l’utilisation d’équipements et/ou de schémas de forage avant de les adopter comme procédure standard.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64188/64188fig01.jpg"> Figure 1 : Schéma du pipeline expérimental. Schéma montrant le procédé que les animaux ont subi pour la quantification EB de la procédure de fenêtre post-crânienne. (A) Configuration schématique de la souris avec le cadre stéréotaxique et la perceuse robot chirurgicale. Un exemple de fenêtre crânienne est montré au-dessus du cortex moteur avec des points de départ (vert) et des points de bord (bleu). (B) La configuration de perfusion comprend l’injection de 1x solution saline tamponnée au phosphate (PBS) dans tout l’animal pour éliminer tout sang, suivie d’une extraction du cerveau. (C) Le cerveau est ensuite placé dans la chambre du système d’imagerie fluorescente EB pour effectuer l’imagerie fluorescente sur le colorant bleu Evans. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64188/64188fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1x Phosphate Buffered Saline 
			Type: Reagent</td>
			<td>VWR</td>
			<td>MRGF-6235</td>
			<td>For Evans Blue dilution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aura Software 
			Type: Tool</td>
			<td>Spectral Instruments Imaging</td>
			<td></td>
			<td>Open access imaging processing software for Lumina imaging sytems</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbide Drill Bit, 0.6mm (Robot Drill) 
			Type: Tool</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>58640-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carprofen 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cefazolin 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Evans Blue Dye 
			Type: Reagent</td>
			<td>Millipore Sigma</td>
			<td>E2129</td>
			<td>Reconstituted in 1x phosphate-buffered saline</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IVIS Lumina II 
			Type: Tool</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>CLS136334</td>
			<td>IVIS Lumina III currently in place of Lumina II on the market</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jenco Linearizing Thermometer 
			Type: Tool</td>
			<td>Jenco</td>
			<td>765JF</td>
			<td>For Thermocouple setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LivingImage 
			Type: Tool</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td></td>
			<td>Software for IVIS Lumina III</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marcaine 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neurostar Software 
			Type: Tool</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td></td>
			<td>Comes with surgical robot purchase</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Physiosuite with MouseSTAT&#174; Pulse Oximeter &#38; Heart Rate Monitor 
			Type: Tool</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>PS-03</td>
			<td>Used to monitor vitals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PrismPlus mice 
			Type: Animal</td>
			<td>Jackson Labortory</td>
			<td>031478, RRID:IMSR_JAX:031478, Male, ~8 months old</td>
			<td>Animals used for the study</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stoelting Drill and Injection Robot for Motorized Stereotaxic Instruments 
			Type: Tool</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td>58640</td>
			<td>Main robotic drill with stereotaxic frame</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple 
			Type: Tool</td>
			<td>TC Direct</td>
			<td>206-557</td>
			<td>For Thermocouple setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB-6008 Multifunction I/O DAQ 
			Type: Tool</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB-6008</td>
			<td>For Thermocouple setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine 
			Type: Drug</td>
			<td>Sourced from Animal Facility</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of thermal damage from robot-drilled craniotomy for cranial window surgery in mice

La chirurgie de la fenêtre crânienne permet l’imagerie du tissu cérébral chez des souris vivantes avec l’utilisation de multiphotons ou d’autres techniques d’imagerie intravitale. Cependant, lors de la réalisation d’une craniotomie à la main, il y a souvent des dommages thermiques au tissu cérébral, ce qui est intrinsèquement variable d’une chirurgie à l’autre et peut dépendre de la technique individuelle du chirurgien. La mise en œuvre d’un robot chirurgical peut normaliser la chirurgie et entraîner une diminution des dommages thermiques associés à la chirurgie. Dans cette étude, trois méthodes de forage robotisé ont été testées pour évaluer les dommages thermiques: horizontale, point par point et pulsée point par point. Le forage horizontal utilise un schéma de forage continu, tandis que le forage point par point perce plusieurs trous englobant la fenêtre crânienne. Le point par point pulsé ajoute un schéma de forage « 2 s sur, 2 s off » pour permettre le refroidissement entre les forages. L’imagerie fluorescente du colorant Evans Blue (EB) injecté par voie intraveineuse mesure les dommages aux tissus cérébraux, tandis qu’un thermocouple placé sous le site de forage mesure les dommages thermiques. Les résultats des thermocouples indiquent une diminution significative du changement de température dans le groupe pulsé point par point (6,90 °C ± 1,35 °C) par rapport aux groupes horizontal (16,66 °C ± 2,08 °C) et point par point (18,69 °C ± 1,75 °C). De même, le groupe pulsé point par point a également montré significativement moins de présence d’EB après le perçage de fenêtres crâniennes par rapport à la méthode horizontale, indiquant moins de dommages aux vaisseaux sanguins dans le cerveau. Ainsi, une méthode de forage point par point pulsé semble être le schéma optimal pour réduire les dommages thermiques. Une perceuse robotisée est un outil utile pour aider à minimiser la formation, la variabilité et à réduire les dommages thermiques. Avec l’utilisation croissante de l’imagerie multiphotonique dans les laboratoires de recherche, il est important d’améliorer la rigueur et la reproductibilité des résultats. Les méthodes abordées ici aideront à informer les autres sur la façon de mieux utiliser ces robots chirurgicaux pour faire progresser le domaine.

Évaluation thermique Le potentiel de dommages thermiques a été évalué en mesurant le changement de température par rapport à la ligne de base dû au forage à l’aide de méthodes horizontales (figure 2A), point par point (figure 2B) et pulsées point par point (figure 2C). La figure 2D montre la configuration expérimentale pour obtenir des données thermiques. Une taille d?...

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Assessment of Thermal Damage from Robot-Drilled Craniotomy for Cranial Window Surgery in Mice

Les fenêtres crâniennes sont devenues une technique chirurgicale omniprésente pour permettre l’imagerie intravitale chez les souris transgéniques. Ce protocole décrit l’utilisation d’un robot chirurgical qui effectue un forage osseux semi-automatisé des fenêtres crâniennes et peut aider à réduire la variabilité d’un chirurgien à l’autre et à atténuer partiellement les dommages thermiques de la barrière hémato-encéphalique.

Évaluation des dommages thermiques causés par la craniotomie robotisée pour la chirurgie de la fenêtre crânienne chez la souris

Cranial window surgery allows for the imaging of brain tissue in live mice with the use of multiphoton or other intravital imaging techniques. However, ...

Ce protocole fournit une méthode d’évaluation des dommages vasculaires résultant du perçage de fenêtres crâniennes. Un robot chirurgical offre une cohérence améliorée entre les procédures tout en réduisant la quantité de formation pour apprendre la technique. Au cours de cette procédure, nous avons utilisé des injections crâniennes qui peuvent être très difficiles.Nous recommandons une formation approfondie pour ceux qui découvrent la technique. Pour commencer, configurez le système comme décrit dans le manuscrit et effectuez l’étalonnage du cadre en suivant le manuel du robot chirurgical. Accédez au logiciel chirurgical et créez un nouveau projet en sélectionnant Commencer par un projet propre.Définissez ensuite l’objet comme souris en haut pour désigner l’atlas de coordonnées de forage à utiliser. Ensuite, sélectionnez Démarrer un nouveau projet, puis cliquez sur planification dans le coin inférieur gauche pour accéder à l’écran de planification des coordonnées de forage. Créez le schéma de perçage de la technique de fenêtre crânienne à effectuer en cliquant n’importe où sur l’atlas stéréotaxique.Utilisez le bregma comme référence et entrez les coordonnées du cortex moteur comme décrit dans le manuscrit. Appuyez sur Entrée sur le clavier pour mettre à jour les coordonnées sélectionnées. Cliquez sur Stocker la cible pour enregistrer ces coordonnées et entrer un nom approprié.Cliquez ensuite sur le bouton de déplacement en bas à gauche pour revenir à l’écran de perçage principal. Cliquez sur Outils, puis sur Projeter et enregistrer en tant qu’option pour réutiliser ce modèle de projet pour des projets ultérieurs, car il conservera automatiquement les coordonnées de forage. Tout d’abord, administrer des injections sous-cutanées d’antibiotiques, de céfazoline, d’analgésique, de carprofène et de buprénorphine à la souris anesthésiée.Ensuite, placez la souris sur un coussin chauffant et maintenez l’anesthésie avec 0,5% à 2% d’isoflurane par inhalation à travers un cône nasal. Montez l’animal sur le cadre stéréotaxique du robot chirurgical à l’aide des barres d’oreille fournies et évaluez régulièrement les signes vitaux et la profondeur anesthésique par pincement des orteils. Ensuite, frottez la zone chirurgicale avec du gluconate de chlorhexidine et 70% d’isopropanol pour la stérilisation.Et placez une pellicule de plastique stérile sur la souris et un cadre stéréotaxique pour maintenir la stérilité pendant la chirurgie. À l’aide d’une lame de scalpel, effectuez une incision d’un pouce sur la ligne médiane du crâne, en commençant par l’arrière des yeux, séchez et nettoyez le crâne à l’aide de peroxyde d’hydrogène à 3% avec des applicateurs à pointe de coton. Pour préparer la queue à une injection facile, essuyez avec de l’alcool.À l’aide du pouce et de l’index, pliez la queue pour exposer la veine de la queue au-dessus de la courbure de la queue. Insérez la seringue parallèlement à la veine et injectez lentement le volume de bleu Evans. Une fois injecté, attendez cinq minutes pour permettre au bleu Evans de circuler.Une injection réussie est immédiatement vérifiée lorsque les extrémités et la fenêtre chirurgicale de la souris deviennent bleues. Une fois que le crâne est prêt pour le forage, revenez au logiciel chirurgical et cliquez sur outils. Sélectionnez ensuite projet, puis nouveau, puis sélectionnez un projet de modèle dans le menu déroulant pour choisir un projet modèle.Sélectionnez les mêmes éléments de protocole. Cliquez sur planification, puis sélectionnez les paramètres de forage à transférer sur ce nouveau projet et cliquez sur Démarrer un nouveau projet. Ensuite, corrigez la perceuse et le cadre pour tenir compte de l’inclinaison et de la mise à l’échelle du crâne de la souris de l’animal actuel en cliquant sur Outils, puis sélectionnez Corriger pour l’inclinaison et la mise à l’échelle pour ouvrir l’écran de corrections.En haut de l’écran, assurez-vous que la perceuse est active en cliquant sur le bouton de perçage rouge clair Une fois la correction effectuée, sortez de la fenêtre de correction en cliquant sur Fermer en bas au milieu de l’écran et accédez à l’écran de perçage en cliquant sur Outils, puis en sélectionnant Percer pour commencer la procédure de perçage. Confirmez le site de forage en sélectionnant la fenêtre de forme de craniotomie en haut de l’écran, puis en visualisant les détails de la cible de forage dans la liste déroulante ci-dessous. Pour effectuer un perçage manuel par impulsions, désactivez la fonction d’arrêt automatique en décochant la case à côté de l’option d’arrêt automatique dans le menu de perçage, qui permet de contrôler quand la perceuse est désactivée pour la pulsation.Dans le menu de perçage, sélectionnez 100 micromètres comme avancement de la profondeur de forage. Ouvrez le menu du site de forage et accédez au premier site de forage. Utilisez le bouton d’avance ou les commandes manuelles pour abaisser la perceuse jusqu’à ce qu’elle touche le crâne et appuyez sur la surface réglée une fois que le foret atteint le crâne.Une fois prêt, cliquez sur Avancer pour commencer le forage. Et une fois que la perceuse a avancé de 100 micromètres, appuyez deux fois sur Echap pour arrêter la perceuse. Après deux secondes, répétez ce cycle pour la profondeur du crâne.Pour chaque point de semence et de bord pendant le perçage, assurez-vous de régler la dure-mère à l’aide du bouton dans le menu de forage une fois la dure-mère atteinte. Mesurez les changements de température du crâne et du cerveau à l’aide d’un thermocouple en combinaison avec les trois schémas de forage différents connectés à un système d’acquisition de données, ce qui permet de lire la mesure dans MATLAB. Montez une souris cadavre sur le cadre stéréotaxique et la perceuse robotique mise en place.Percez manuellement un petit trou d’environ deux millimètres de l’endroit où la fenêtre crânienne sera faite dans le côté du crâne, ce qui permet de glisser le thermocouple en position sous laquelle le perçage de la fenêtre crânienne se produit. Commencez le processus de forage pour chacun des trois schémas, comme démontré précédemment, ce qui entraîne des pics dus au changement de température, indiquant que le chauffage se produit près du cerveau lorsque la foreuse traverse le crâne. Le potentiel de dommages thermiques a été évalué en mesurant le changement de température par rapport à la ligne de base dû au forage à l’aide de méthodes horizontales, point par point et pulsées point par point.Les plans de forage horizontal et point par point montrent des différences non significatives dans les changements thermiques. Cependant, le passage à une méthode point par point pulsé a entraîné beaucoup moins de chauffage du cerveau que le forage horizontal et point par point. Le forage horizontal des bords a pris 300 secondes, tandis que le forage point par point a pris 200 secondes.La méthode par impulsions a pris le plus de temps avec le forage des semences et des bords, prenant environ 500 secondes chacune. Pour surveiller la relation entre le schéma de forage et les dommages vasculaires, l’imagerie fluorescente bleue Evans a été réalisée. Le forage par coupe horizontale et point par point a été considéré comme dommageable pour le système vasculaire dans le cerveau.Par rapport aux groupes témoins, la méthode point par point pulsé présentait moins de dommages localisés au point de départ et au point de bord, mais avait toujours une présence visible en bleu Evans dans la fenêtre crânienne. Lors du perçage manuel, il est crucial de vérifier la craniotomie après avoir avancé la perceuse pour s’assurer que la dure-mère n’est pas percée. En plus des fenêtres crâniennes, un robot chirurgical peut être utilisé pour les craniotomies standard afin d’améliorer les résultats chirurgicaux.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Intravital Microscopy of the Mouse Brain Microcirculation using a Closed Cranial Window

Microscopie intravitale de la microcirculation cérébrale souris en utilisant une fenêtre fermée crânienne

This experimental model was designed to assess the mouse pial microcirculation during acute and chronic, physiological and pathophysiological hemodynamic, ...

Recherche

Neurosciences

Assessment of Morphine-induced Hyperalgesia and Analgesic Tolerance in Mice Using Thermal and Mechanical Nociceptive Modalities

L&#39;évaluation de la tolérance induite par la morphine hyperalgésie et analgésique chez la souris utilisant thermiques et mécaniques nociceptifs modalités

Opioid-induced hyperalgesia and tolerance severely impact the clinical efficacy of opiates as pain relievers in animals and humans. The molecular ...

Lateral Chronic Cranial Window Preparation Enables In Vivo Observation Following Distal Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice

Lateral Chronic Cranial Window Preparation Enables In Vivo Observation Following Distal Middle Cerebral Artery Occlusion in Mice

Préparation Fenêtre latérale chronique Cranial Active<em&gt; In Vivo</em&gt; Observation Suite Distal cérébrale moyenne Artère Occlusion chez la souris

Focal cerebral ischemia (i.e., ischemic stroke) may cause major brain injury, leading to a severe loss of neuronal function and consequently to a host of ...

Assessment of Hippocampal Dendritic Complexity in Aged Mice Using the Golgi-Cox Method

Évaluation de la complexité dendritique de l&#39;hippocampe chez les souris vieillies utilisant la méthode de Golgi-Cox

Dendritic spines are the protuberances from the neuronal dendritic shafts that contain&#160; excitatory synapses. The morphological and branching ...

Piezo High Accuracy Surgical Osteal Removal (PHASOR): A Technique for Improved Cranial Window Surgery in Mice

Piezo High Accuracy Surgical Osteal Removal PHASOR: A Technique for Improved Cranial Window Surgery in Mice

Piezo haute précision ablation chirurgicale osseuse (PHASOR) : Une Technique pour la chirurgie de la meilleure fenêtre crânienne chez les souris

Multiphoton microscopy has been widely adapted for imaging neurons in vivo. Repeated imaging requires implantation of a cranial window or repeated ...

Craniotomy Procedure for Visualizing Neuronal Activities in Hippocampus of Behaving Mice

Procédure de craniotomie pour visualiser les activités neuronales dans l’hippocampe de souris se comportant

Imaging neuronal activities at single-cell resolution in awake behaving animals is a very powerful approach for the investigation of neural circuit ...

Implantation of a Cranial Window for Repeated In Vivo Imaging in Awake Mice

Implantation of a Cranial Window for Repeated In Vivo Imaging in Awake Mice

Implantation d’une fenêtre crânienne pour l’imagerie in vivo répétée chez des souris éveillées

To fully understand the cellular physiology of neurons and glia in behaving animals, it is necessary to visualize their morphology and record their ...

Assessment of Sensory Thresholds in Dogs Using Mechanical and Hot Thermal Quantitative Sensory Testing

Évaluation des seuils sensoriels chez les chiens à l’aide de tests sensoriels quantitatifs mécaniques et thermiques chauds

Quantitative sensory testing (QST) is used to evaluate the function of the somatosensory system in dogs by assessing the response to applied mechanical ...

Dosage-Adjusted Resistance Training in Mice with a Reduced Risk of Muscle Damage

Entraînement en résistance ajusté en fonction de la posologie chez les souris présentant un risque réduit de lésions musculaires

Progressive resistance training (PRT), which involves performing muscle contractions against progressively greater external loads, can increase muscle ...

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

In Vivo Wide-Field and Two-Photon Calcium Imaging from a Mouse Using a Large Cranial Window

In vivo Imagerie calcique à grand champ et à deux photons d’une souris utilisant une grande fenêtre crânienne

Wide-field calcium imaging from the mouse&#39;s neocortex allows one to observe cortex-wide neural activity related to various brain functions. On the ...