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

Questo studio è stato supportato in parte dai Merit Review Awards GRANT12418820 (Capadona) e GRANTI01RX003420 (Shoffstall / Capadona) e dal Research Career Scientist Award # GRANT12635707 (Capadona) dal Department of Veterans Affairs Rehabilitation Research and Development Service degli Stati Uniti (USA). Inoltre, questo lavoro è stato anche supportato in parte dal National Institute of Health, dal National Institute of Neurological Disorders and Stroke GRANT12635723 (Capadona) e dal National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering, T32EB004314, (Capadona/Kirsch). Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Science Foundation Graduate Research Fellowship sotto Grant No. GRANT12635723. Qualsiasi opinione, risultato, conclusione o raccomandazione espressa in questo materiale è quella degli autori e non riflette necessariamente le opinioni della National Science Foundation.

Tutte le procedure e le pratiche di cura degli animali sono state esaminate, approvate ed eseguite in conformità con il Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Configurazione hardware del robot chirurgico
<ol><li>Prima dell'intervento, seguire il manuale e la guida del robot chirurgico (vedere la tabella dei materiali) per configurare l'hardware e il software. Eseguire la calibrazi...

<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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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. 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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'uso del colorante EB e dell'imaging è semplice, rapido e utile per valutare il danno vascolare nel cervello per nuovi metodi e tecniche. Sia che si utilizzi un robot chirurgico o che si confermino i metodi attualmente eseguiti in laboratorio, è importante convalidare i metodi chirurgici per isolare gli effetti dei trattamenti sperimentali rispetto all'impatto chirurgico e migliorare il benessere degli animali. Una configurazione a termocoppia è utile anche per valutare i metodi di perforazione per garantire che non ...

Le finestre craniche sono diventate onnipresenti nei campi delle neuroscienze, dell'ingegneria neurale e della biologia per consentire la visualizzazione diretta e l'imaging della corteccia negli animali viventi 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 . La potente combinazione di topi transgenici e imaging multifotonico ha fornito informazioni estremamente preziose sull'attività dei circuiti e altre intuizioni biologiche nel cervello in vivo 12,13,14,15,16,17,18. I microscopi miniaturizzati montati sul cranio hanno ulteriormente esteso queste capacità per consentire registrazioni in animali svegli e in movimento libero19. Il processo di creazione di una finestra cranica richiede una perforazione elettrica per assottigliare o rimuovere completamente l'osso cranico per produrre craniotomie abbastanza grandi da fissare un pezzo di vetro trasparente sopra la corteccia20. Anche il polidimetilsilossano (PDMS) e altri polimeri sono stati testati come materiali cranici per finestre 9,21. In definitiva, la finestra cranica ideale è quella che non altera o interferisce con la normale attività endogena sottostante. Tuttavia, è comunemente accettato che la perforazione della finestra cranica aggrava il tessuto sottostante, portando a danni al cervello, interruzione dell'ambiente e influenzando le meningi fino al punto di occludere la profondità di imaging multifotonico22. La neuroinfiammazione risultante ha una vasta gamma di effetti che vanno dalla permeabilità della barriera emato-encefalica (BBB), all'attivazione e al reclutamento delle cellule gliali intorno al sito dell'impianto23. Pertanto, caratterizzare metodi di perforazione della finestra cranica più sicuri e riproducibili è fondamentale per una qualità di imaging costante e per ridurre i fattori confondenti.
Mentre si presta attenzione a ridurre al minimo il trauma al tessuto sottostante, l'atto di perforare l'osso ha il potenziale di causare perturbazioni sia termiche che meccaniche al cervello24,25. Il trauma meccanico dovuto alla penetrazione accidentale del trapano nella dura può ulteriormente indurre vari gradi di lesioni corticali24. In uno studio di Shoffstall et al.25, il calore della perforazione ossea ha provocato un aumento della permeabilità alla BBB, come indicato dalla presenza di colorante Evans Blue (EB) nel parenchima cerebrale 25. Il colorante EB, iniettato per via endovenosa, si lega all'albumina circolante nel sangue e quindi normalmente non attraversa una BBB sana in concentrazioni apprezzabili. Di conseguenza, il colorante EB è comunemente usato come marcatore sensibile della permeabilità alla BBB26,27. Mentre il loro studio non ha misurato direttamente l'impatto della permeabilità della BEE sulle successive sequele biologiche in studio, studi precedenti hanno correlato la permeabilità della BBB a una maggiore risposta neuroinfiammatoria ai microelettrodi cronicamente impiantati e alle alterazioni della funzione motoria28.
A seconda degli obiettivi dello studio, l'entità del danno termico e meccanico può contribuire a una fonte di errore sperimentale, influenzando negativamente il rigore e la riproducibilità dello studio. Esistono dozzine di metodi citati per la produzione di finestre craniche, ognuno dei quali utilizza diverse attrezzature di perforazione, velocità, tecniche e utenti 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. Shoffstall et al.25 hanno riferito che la variazione osservata nei risultati del riscaldamento è stata attribuita alla variabilità della forza applicata del trapano, della velocità di avanzamento e dell'angolo di applicazione, tra gli altri aspetti che non possono essere controllati quando si perfora a mano 25. Si ritiene che i sistemi di perforazione automatizzati e altre apparecchiature stereotassiche possano migliorare la riproducibilità e la coerenza dei risultati, ma gli studi sui metodi pubblicati non hanno valutato rigorosamente la temperatura o la permeabilità alla BEE come uno dei risultati. Pertanto, vi è la necessità di metodi più riproducibili e applicati in modo coerente per produrre finestre craniche, nonché metodi rigorosamente applicati per valutare l'impatto della perforazione della finestra cranica sul tessuto neurale sottostante.
L'obiettivo di questo studio è determinare e sviluppare metodi di perforazione coerenti e sicuri per le finestre craniche. La dimensione della craniotomia per l'installazione della finestra cranica è significativamente più grande delle craniotomie standard per i microelettrodi impiantati al cervello. Tali craniotomie non possono essere completate con un singolo foro di bava quando si utilizza l'attrezzatura standard, introducendo così una maggiore variabilità della tecnica interchirurgica quando eseguita a mano20. I robot di perforazione chirurgica sono stati introdotti sul campo, ma non sono stati ampiamente adottati 1,6,29. L'automazione della perforazione offre il controllo sulle variabili che contribuiscono alla variazione osservata da prova a prova, suggerendo che l'uso dell'attrezzatura può ridurre gli effetti inter- e intra-chirurgici. Ciò è di particolare interesse data la difficoltà aggiuntiva della craniotomia più grande necessaria per il posizionamento della finestra cranica. Mentre si potrebbe presumere che ci siano chiari benefici per il controllo fornito dall'automazione della perforazione, c'è stata poca valutazione dell'implementazione di queste attrezzature. Sebbene non siano state osservate lesioni visibili5, si desidera il test di sensibilità più elevato utilizzando EB.
Qui, la permeabilità alla BBB viene misurata utilizzando un robot di perforazione chirurgica disponibile in commercio con il relativo software, che consente la programmazione delle coordinate stereotassiche, la pianificazione / mappatura della craniotomia e una selezione di stili di perforazione ("punto per punto" vs "orizzontale"), riferendosi al percorso instradato della punta del trapano. Inizialmente, vengono perforati otto punti "seme" (Figura 1A), che delineano la finestra cranica. Da qui, lo spazio tra i semi viene ritagliato utilizzando il metodo di perforazione "punto per punto" o "orizzontale". "Point-by-point" esegue tagli di fori pilota verticali (simili a una pressa per trapano CNC), mentre "orizzontale" esegue tagli orizzontali lungo la circonferenza della finestra cranica che delineano il foro (simile a un router CNC). Il risultato per entrambi i metodi è un pezzo di cranio che può essere rimosso per rivelare la finestra cranica. Per isolare i danni da perforazione, la finestra cranica non viene rimossa fisicamente, in modo da evitare ulteriori danni. Una combinazione di colorante EB accoppiato con imaging fluorescente viene utilizzata per misurare la permeabilità alla BBB dopo aver eseguito craniotomie nei topi e una termocoppia inserita viene utilizzata per misurare direttamente la temperatura della superficie cerebrale durante la perforazione (Figura 1B, C). Osservazioni precedenti hanno indicato che la perforazione pulsata on/off con intervalli di 2 s era sufficiente per mitigare il riscaldamento del trapano25, e quindi è incorporata nell'approccio sperimentale per il robot chirurgico.
L'intento del lavoro presentato è quello di dimostrare i metodi di valutazione del danno termico da perforazione craniotomia. Mentre i metodi sono presentati nel contesto della perforazione automatizzata, tali metodi possono essere applicati anche a schemi di perforazione manuale. Questi metodi possono essere utilizzati per convalidare l'uso di attrezzature e / o schemi di perforazione prima di adottare come procedura standard.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64188/64188fig01.jpg"> Figura 1: Schema sperimentale della pipeline . Schema che dimostra il processo che gli animali sono stati sottoposti per la quantificazione dell'EB dopo la procedura della finestra cranica. (A) Configurazione schematica del mouse con telaio stereotassico e trapano robotico chirurgico. Un esempio di finestra cranica è mostrato sopra la corteccia motoria con punti seme (verde) e punti di bordo (blu). (B) La configurazione della perfusione include l'iniezione di 1x soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) in tutto l'animale per rimuovere il sangue, seguita dall'estrazione del cervello. (C) Il cervello viene quindi messo nella camera del sistema di imaging fluorescente EB per condurre l'imaging fluorescente sul colorante blu Evans. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64188/64188fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</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 chirurgia della finestra cranica consente l'imaging del tessuto cerebrale nei topi vivi con l'uso di multifotoni o altre tecniche di imaging intravitale. Tuttavia, quando si esegue qualsiasi craniotomia a mano, c'è spesso un danno termico al tessuto cerebrale, che è intrinsecamente variabile da chirurgia a chirurgia e può dipendere dalla tecnica del singolo chirurgo. L'implementazione di un robot chirurgico può standardizzare la chirurgia e portare a una diminuzione del danno termico associato alla chirurgia. In questo studio, sono stati testati tre metodi di perforazione robotizzata per valutare il danno termico: orizzontale, punto per punto e pulsato punto per punto. La perforazione orizzontale utilizza uno schema di perforazione continua, mentre punta a punto perfora diversi fori che circondano la finestra cranica. Il punto per punto pulsato aggiunge uno schema di perforazione "2 s on, 2 s off" per consentire il raffreddamento tra una perforazione e l'altra. L'imaging fluorescente del colorante Evans Blue (EB) iniettato per via endovenosa misura i danni al tessuto cerebrale, mentre una termocoppia posizionata sotto il sito di perforazione misura il danno termico. I risultati della termocoppia indicano una significativa diminuzione della variazione di temperatura nel gruppo pulsato punto per punto (6,90 °C ± 1,35 °C) rispetto ai gruppi orizzontale (16,66 °C ± 2,08 °C) e punto per punto (18,69 °C ± 1,75 °C). Allo stesso modo, il gruppo pulsato punto per punto ha anche mostrato una presenza significativamente inferiore di EB dopo la perforazione della finestra cranica rispetto al metodo orizzontale, indicando meno danni ai vasi sanguigni nel cervello. Pertanto, un metodo di perforazione pulsato punto per punto sembra essere lo schema ottimale per ridurre il danno termico. Un trapano robotizzato è uno strumento utile per ridurre al minimo l'allenamento, la variabilità e ridurre i danni termici. Con l'uso crescente dell'imaging multifotonico nei laboratori di ricerca, è importante migliorare il rigore e la riproducibilità dei risultati. I metodi affrontati qui aiuteranno a informare gli altri su come utilizzare meglio questi robot chirurgici per far progredire ulteriormente il campo.

Valutazione termica Il potenziale di danno termico è stato valutato misurando la variazione di temperatura rispetto al basale dovuta alla perforazione utilizzando metodi orizzontali (Figura 2A), punto per punto (Figura 2B) e pulsati punto per punto (Figura 2C). La Figura 2D mostra la configurazione sperimentale per ottenere dati termici. Per la valutazione termica è stata utilizzat...

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

Le finestre craniche sono diventate una tecnica chirurgica implementata ovunque per consentire l'imaging intravitale nei topi transgenici. Questo protocollo descrive l'uso di un robot chirurgico che esegue la perforazione ossea semi-automatica delle finestre craniche e può aiutare a ridurre la variabilità da chirurgo a chirurgo e parzialmente mitigare il danno termico della barriera emato-encefalica.

Valutazione del danno termico da craniotomia robotizzata per la chirurgia della finestra cranica nei topi

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

Questo protocollo fornisce un metodo per valutare il danno vascolare a seguito della perforazione della finestra cranica. Un robot chirurgico offre una migliore coerenza tra le procedure, riducendo al contempo la quantità di formazione per apprendere la tecnica. Durante questa procedura, abbiamo utilizzato iniezioni craniche che possono essere molto impegnative.Raccomandiamo una formazione approfondita per chi è nuovo alla tecnica. Per iniziare, impostare il sistema come descritto nel manoscritto ed eseguire la calibrazione del telaio seguendo il manuale del robot chirurgico. Passare al software chirurgico e creare un nuovo progetto selezionando Inizia con un progetto pulito.Quindi impostare il soggetto come mouse nella parte superiore per designare l'atlante delle coordinate di foratura da utilizzare. Quindi, selezionare avvia nuovo progetto e fare clic su pianificazione nell'angolo in basso a sinistra per passare alla schermata di pianificazione delle coordinate di foratura. Creare lo schema di perforazione per la tecnica della finestra cranica da eseguire facendo clic in un punto qualsiasi dell'atlante stereotassico.Usa bregma come riferimento e inserisci le coordinate per la corteccia motoria come descritto nel manoscritto. Premere Invio sulla tastiera per aggiornare le coordinate selezionate. Fare clic su Destinazione archivio per salvare queste coordinate e immettere un nome appropriato.Quindi fare clic sul pulsante Sposta in basso a sinistra per tornare alla schermata principale di foratura. Fare clic su Strumenti, quindi su Proietta e salva con l'opzione Salva con nome per riutilizzare questo progetto modello per progetti successivi, poiché manterrà automaticamente le coordinate di foratura. In primo luogo, somministrare iniezioni sottocutanee di antibiotici, cefazolina, analgesico, carprofene e buprenorfina al topo anestetizzato.Quindi, posizionare il mouse su una piastra riscaldante e mantenere l'anestesia con isoflurano dallo 0,5% al 2% tramite inalazione attraverso un cono nasale. Montare l'animale sul telaio stereotassico del robot chirurgico utilizzando le barre auricolari in dotazione e valutare regolarmente i parametri vitali e la profondità dell'anestetico tramite pizzico del piede. Quindi strofinare l'area chirurgica con clorexidina gluconato e isopropanolo al 70% per la sterilizzazione.E posizionare un involucro di plastica sterile sul mouse e sul telaio stereotassico per mantenere la sterilità durante l'intervento chirurgico. Utilizzando una lama di bisturi, eseguire un'incisione di un pollice sulla linea mediana del cranio, iniziando dalla parte posteriore degli occhi, asciugare e pulire il cranio usando perossido di idrogeno al 3% con applicatori con punta di cotone. Per preparare la coda per una facile iniezione, pulire con alcool.Usando il pollice e l'indice, piega la coda per esporre la vena della coda sopra la curva della coda. Inserire la siringa parallelamente alla vena e iniettare lentamente il volume di blu di Evans. Una volta iniettato, attendere cinque minuti per consentire al blu di Evans di circolare.Un'iniezione di successo viene immediatamente verificata quando le estremità del topo e la finestra chirurgica diventano blu. Una volta che il cranio è pronto per la perforazione, tornare al software chirurgico e fare clic sugli strumenti. Quindi seleziona progetto, seguito da nuovo, e seleziona un progetto modello dal menu a discesa per scegliere un progetto modello.Selezionare gli stessi elementi del protocollo. Fare clic su pianificazione, quindi selezionare i parametri di foratura da trasferire a questo nuovo progetto e fare clic su Avvia nuovo progetto. Quindi, correggete il trapano e la cornice per tenere conto dell'inclinazione e del ridimensionamento del cranio del topo dell'animale corrente facendo clic su strumenti e selezionate correggi per inclinazione e ridimensionamento per aprire la schermata delle correzioni.Nella parte superiore dello schermo, assicurarsi che il trapano sia attivo facendo clic sul pulsante di perforazione rosso chiaro Dopo aver eseguito la correzione, uscire dalla finestra di correzione facendo clic su Chiudi nella parte inferiore centrale dello schermo e passare alla schermata di foratura facendo clic su Strumenti e quindi selezionando Foratura per iniziare la procedura di foratura. Confermare il sito di perforazione selezionando la finestra della forma craniotomia nella parte superiore dello schermo, quindi visualizzando i dettagli del target di perforazione nel menu a discesa sottostante. Per eseguire la perforazione manuale a impulsi, disattivare la funzione di arresto automatico deselezionando la casella di controllo accanto all'opzione di arresto automatico nel menu del trapano, che consente di controllare quando il trapano è spento per il pulsante.Nel menu del trapano, selezionate 100 micrometri come avanzamento della profondità del trapano. Aprire il menu del sito di perforazione e passare al primo sito di perforazione. Utilizzare il pulsante avanzato o i comandi manuali per abbassare il trapano fino a quando non tocca il cranio e premere la superficie impostata una volta che la punta del trapano raggiunge il cranio.Una volta pronto, fare clic su Avanzate per iniziare la perforazione. E dopo che il trapano è avanzato di 100 micrometri, premere Esc due volte per fermare il trapano. Dopo due secondi, ripeti questo ciclo per la profondità del cranio.Per ogni punto di partenza e spigolo durante la perforazione, assicurarsi di impostare la dura utilizzando il pulsante nel menu della foratura una volta raggiunta la dura. Misura i cambiamenti di temperatura del cranio e del cervello utilizzando una termocoppia in combinazione con i tre diversi schemi di perforazione collegati a un sistema di acquisizione dati, che consente di leggere la misurazione in MATLAB. Montare un topo cadavere sul telaio stereotassico e sul trapano robotizzato.Praticare manualmente un piccolo foro a circa due millimetri di distanza da dove la finestra cranica verrà fatta sul lato del cranio, che consente di far scivolare la termocoppia nella posizione sotto la quale si verifica la perforazione della finestra cranica. Iniziare il processo di perforazione per ciascuno dei tre schemi come dimostrato in precedenza, con conseguenti picchi dovuti al cambiamento di temperatura, indicando il riscaldamento che si verifica vicino al cervello mentre il trapano attraversa il cranio. Il potenziale di danno termico è stato valutato misurando la variazione di temperatura rispetto al basale dovuta alla perforazione utilizzando metodi orizzontali, punto per punto e pulsati punto per punto.Sia gli schemi di perforazione orizzontale che punto per punto mostrano differenze non significative nei cambiamenti termici. Tuttavia, il passaggio a un metodo pulsato punto per punto ha comportato un riscaldamento significativamente inferiore del cervello rispetto alla perforazione orizzontale e punto per punto. La perforazione orizzontale dei bordi ha richiesto 300 secondi, mentre la perforazione punto per punto dei bordi ha richiesto 200 secondi.Il metodo a impulsi ha richiesto più tempo con la semina e la perforazione dei bordi, impiegando circa 500 secondi ciascuno. Per monitorare la relazione tra lo schema di perforazione e il danno vascolare, è stata eseguita l'imaging fluorescente blu Evans. La perforazione orizzontale e il taglio punto per punto sono stati considerati dannosi per la vascolarizzazione nel cervello.Rispetto ai gruppi di controllo, il metodo pulsato punto per punto aveva meno danni localizzati nel punto di semina e bordo, ma aveva ancora una presenza blu di Evans visibile all'interno della finestra cranica. Durante la perforazione manuale è fondamentale controllare la craniotomia dopo aver avanzato il trapano per assicurarsi che la dura non venga violata. Oltre alle finestre craniche, un robot chirurgico può essere utilizzato per craniotomie standard per migliorare i risultati chirurgici.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Microscopia intravitale della microcircolazione cervello di topo usando una finestra chiusa del cranio

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

Ricerca

Neuroscienze

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

Valutazione della morfina-indotta iperalgesia e analgesico tolleranza nei topi mediante nocicettive termica e meccanica Modalità

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

Laterale cronica cranica finestra Preparazione Attiva<em&gt; In Vivo</em&gt; Condizioni seguito distale Medio occlusione dell&#39;arteria cerebrale nei topi

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

Valutazione della complessità dendritica ippocampale nei topi invecchiati utilizzando il metodo 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 alta precisione d'ossa e la rimozione chirurgica (PHASOR): Una tecnica di chirurgia finestra cranica migliorata in topi

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

Procedura craniotomia per la visualizzazione delle attività neuronali nell'ippocampo dei topi che si comportano

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

Impianto di una finestra cranica per l'imaging ripetuto in vivo in topi svegli

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

Valutazione delle soglie sensoriali nei cani mediante test sensoriali quantitativi meccanici e termici caldi

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

Allenamento di resistenza aggiustato in base al dosaggio nei topi con un rischio ridotto di danni muscolari

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 Imaging del calcio a campo largo e a due fotoni da un topo utilizzando una grande finestra cranica

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 ...