High-Density-EEG-Aufzeichnungen der sich frei bewegenden Mäusen mit Polyimid-Basis Mikroelektroden
11. Januar 2011
In diesem Artikel beschrieben wir die Chirurgie Verfahren und Handhabung Tipps für die Implantation von ultra-dünnen Polyimid-Basis Mikroelektroden-Array (PBM-array) auf der Maus Schädel für den Erwerb von High-Density-Encephalographie (EEG) in einem Mausmodell.
Hallo, ich bin Mina Lee vom Gen Choice Laboratory im Zentrum für Neurowissenschaften am Korea Institute of Science and Technology. Heute werden wir die Bedingung einer hohen Dichte von EG im Massenmodell mit einem polybasierten Mikroelektrodenarray demonstrieren. Das Verfahren umfasst das Einrichten der Instrumente, die Vorbereitung der Tiere für die Operation und die Durchführung einer stereotaktischen Operation.
Nach der Operation führen wir die EEG-Aufzeichnung durch und analysieren anschließend die Daten. Beginnen wir. Bevor Sie mit der Operation starten, richten Sie die stereotaktischen Instrumente und alle benötigten Materialien ein.
Die Umgebung sollte sauber sein. Bereiten Sie die Maus für die Operation vor. Ich werde die heutige Operation an einer 17 Wochen alten basic six black six J 1 29 s four S-V-J-A-E-Hybridenmaus demonstrieren.
Wir können auch Mäuse verwenden, die schwerer als 25 Gramm sind. Anästhesieren Sie die Maus mittels einer intraperitonealen Injektion eines Cocktails, der 120 Milligramm pro Kilogramm Ketamin und sechs Milligramm pro Kilogramm Xylazin enthält. Drücken Sie vorsichtig mit den Fingern auf den Schwanz der Maus, um sicherzustellen, dass die Maus tief genug anästhesiert ist, um mit der Operation fortfahren zu können.
Um die Operation zu beginnen, befestigen Sie das Tier am stereotaktischen Apparat. Setzen Sie die Ohrstifte nacheinander in die Gehörgänge der Maus ein und ziehen Sie sie fest. Geben Sie etwas Methanol auf ihren Kopf und formen Sie dann die Form ihres Kopfes.
Injizieren Sie, führen Sie einen anteroposterioren Schnitt von zwischen den Augen bis zwischen den Ohren und dem Schädel durch. Klemmen Sie die Haut der Maus mit Mikroklemmen fest, um den Schnitt weit geöffnet zu halten. Entfernen Sie mit sterilisierten Tupfern jegliches verbleibende Gewebe oder Membran vom Schädel.
Platzieren Sie den Markierstift über dem Kopf. Markieren Sie die BMA-Lambda-Punkte. Entfernen Sie anschließend den Markierstift und markieren Sie die Punkte mit einem alten, hochwertigen Stift.
Genau auf dem Punkt. Bringen Sie die Filmelektrode über den Kopf und geben Sie einen Tropfen T-Wasser auf den Schädel.
Platzieren Sie die BMA in der Mitte der fünften Schicht des Ontario des polybesten mikroelektrodenbasierten Arrays. Entfernen Sie den Film vorsichtig von medial nach lateral mit wasserweichen Wattestäbchen. Warten Sie einige Minuten, bis er vollständig trocken ist.
Dies verbessert die Haftung. Machen Sie mit einem ölbasierten Stift drei Markierungen im verbleibenden Raum. An diesen Markierungen werden Sie bohren.
Seien Sie beim Bohren der Löcher sehr vorsichtig, um die Innenseite nicht zu berühren. Bringen Sie die drei Stereotaxie-Haltebolzen am Schädel an und setzen Sie sie so lange ein, bis sie fest sitzen. Mischen Sie eine dicke Portion flüssigen, genau abgestimmten Zahnzement und bedecken Sie damit die Filmelektrodenbolzen sowie den restlichen Schädel.
Stellen Sie eine weitere Charge her und verwenden Sie sie, um die Elektrode vollständig zu bedecken. Entfernen Sie erneut die Schrauben, um sie zu befestigen. Denken Sie daran, dass diese Person nicht unter der Filmelektrode liegen sollte.
Platzieren Sie ein doppeltes Schild, das ein Klebeband auf der Rückseite der Anschlussplatte hat. Befestigen Sie einen starren Stab als Bügel in der Mitte des Schädels mit starkem Kleber. In dem heutigen Experiment verwende ich die Spitze eines Tupfers zum Schneiden für diesen Stab; justieren Sie die Position des Anschlusses so nach hinten, bis er mit der Spitze der Schneidestelle in Kontakt kommt.
Der Abstand zwischen dem Schädel und dem Verbinder sollte mehr als fünf Millimeter betragen. Befestigen Sie die Anschlussplatte an der Spitze des Wattestäbchens, indem Sie starken Klebstoff hinzufügen. Bedecken Sie den restlichen freien Bereich mit Acrylzement.
Nach der Aushärtung des Zements entfernen Sie die Klemmen und rühren die Haut. Entfernen Sie die Maus vom Parus und bedecken Sie den zusätzlichen Platz. Tragen Sie mit acrylischem Zahnzement Natriumantibiotikum um den Zement und den Nahtbereich herum auf.
Stellen Sie die Maus in einen eigenen Käfig und geben Sie eine Erholungszeit von fünf Tagen vor. Schließen Sie die Maus an das EEG an und gewähren Sie mehr als eine Stunde zur Gewöhnung. Führen Sie nach einer Stunde die EEG-Aufnahme durch. Wir führten die Erfassung eines hochauflösenden EEGs in einem Mausmodell mit einem mikroelektrodenbasierten Array auf Polybasis durch.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, vorsichtig mit dem Film-Elektro-Tri umzugehen, da er nur sieben Mikrometer dick ist. Ein Tropfen Leitungswasser ist notwendig, wenn Sie die Elektrode neu anordnen. Wenn Sie diesen Schritt überspringen, kann sich die Elektrode leicht verdrehen, und stellen Sie sicher, dass mit hoher Viskosität hergestellte Acryl-Dentale nicht unter den Film eindringen.
Nach der Aufnahme führen wir eine Offline-Analyse mit MethLab durch, um mehrere Gehirngraphen zu erstellen, die die Gehirnaktivitäten bei Mäusen klar visualisieren. Dies sind die repräsentativen multikanaligen EEG-Signale nach GBL-Injektion. Im linken Panel sehen Sie die repräsentativen multikanaligen EEG-Signale nach GBL-Injektion im rechten Panel.
Es werden Gehirn-Topographiekarten wie die durchschnittliche Leistungszeitverzögerung, die durchschnittliche maximale Stärke und die durchschnittliche Wahrscheinlichkeitskarte des Anfallsbeginns dargestellt. Das war's. Vielen Dank fürs Zuschauen.
Übersicht
In diesem Artikel wird das chirurgische Vorgehen zur Implantation eines auf Polyimid basierenden Mikroelektrodenarrays (PBM-Array) auf dem Schädel einer Maus beschrieben, das die Ableitung von EEG-Signalen mit hoher Dichte in einem Mausmodell ermöglicht.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Biomedizinische Technik
Hintergrund
- Ein EEG mit hoher Dichte ist entscheidend für die Untersuchung der Gehirnaktivität.
- Mikroelektrodenarrays auf Polyimid-Basis bieten Vorteile hinsichtlich der Aufnahmequalität.
- Das Verständnis chirurgischer Techniken ist entscheidend für eine erfolgreiche Implantation.
- Mausmodelle werden häufig in der neurowissenschaftlichen Forschung eingesetzt.
Zweck der Studie
- Eine detaillierte chirurgische Anleitung für die Implantation von PBM-Arrays bereitstellen.
- Hochdichte-EEG-Aufzeichnungen bei Mäusen ermöglichen.
- Die Methoden zur Datenerfassung in der neurowissenschaftlichen Forschung verbessern.
Verwendete Methoden
- Vorbereitung der chirurgischen Instrumente und Anästhesie des Tieres.
- Durchführung stereotaktischer Chirurgietechniken.
- Sorgfältiges Handling des ultradünnen Mikroelektrodenarrays.
- Postoperative Erholung und Erfassung von EEG-Daten.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Implantation des PBM-Arrays am Schädel der Maus.
- Hochwertige EEG-Aufzeichnungen nach der Operation erhalten.
- Die Datenanalyse ergab signifikante Muster der Gehirnaktivität.
- Zeigte die Bedeutung sorgfältiger chirurgischer Techniken auf.
Schlussfolgerungen
- Das beschriebene Verfahren eignet sich für die EEG-Aufnahme mit hoher Dichte.
- Die sachgemäße Handhabung des Mikroelektrodenarrays ist entscheidend.
- Diese Methode kann die Forschung zur Analyse der Gehirnaktivität voranbringen.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Die Hochdichte-EEG-Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen ermöglicht die mechanistische Absicherung von Hypothesen über neuronale Schaltkreise, indem elektrophysiologische Signaturmuster mit dem Verhalten in genetisch zugänglichen Modellen verknüpft werden. Dieser Ansatz unterstützt die Zielstruktur-Validierung in der neuropsychiatrischen Wirkstoffforschung, indem er quantitative und reproduzierbare Messgrößen der Netzwerkaktivität bereitstellt, die für Krankheitsmechanismen relevant sind. Das auf Polyimid basierende Mikroelektrodenarray verbessert die Signalqualität und die Langzeit-Aufzeichnungsfähigkeit und erhöht so die Vorhersagesicherheit bei präklinischen Wirksamkeitsbewertungen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch Korrelation von EEG-Rhythmen mit spezifischen Verhaltenszuständen in krankheitsrelevanten Modellen.
- Operationaler Wert: Bietet eine standardisierte Plattform zur funktionellen Target-Validierung unter Verwendung großskaliger neuronaler Aktivität als phänotypischen Messparameter.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt quantifizierbare, multivariate EEG-Ausgangsgrößen, die für die Assay-Entwicklung in Programmen zur ZNS-Wirkstoffprüfung geeignet sind.
- Operativer Wert: Unterstützt die Assay-Standardisierung durch chronische, wiederverwendbare Elektrodenimplantate, die die Variabilität zwischen Sitzungen verringern.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Identifizierung translationsrelevanter Biomarker durch die Abstimmung von EEG-Signalen der Maus mit menschlichen EEG-Korrelaten bei neuropsychiatrischen Erkrankungen.
- Operativer Wert: Ermöglicht die langzeitliche Überwachung der Zielinteraktion und Schaltkreismodulation über alle präklinischen Studienphasen hinweg.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in den Entdeckungsprozess von der Hypothesengenerierung bis zur Leitstruktur-Optimierung, indem sie dynamische, systemebenenübergreifende neuronale Daten bereitstellt, die die Zielstrukturauswahl und die Priorisierung von Verbindungen unterstützen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die mechanistische Risikominderung, indem aufgezeigt wird, wie genetische oder pharmakologische Eingriffe die Dynamik großer neuronaler Netzwerke im Gehirn beeinflussen.
- Screening: Liefert hochdimensionale, zeitlich aufgelöste EEG-Signale, die die Aussagekraft von Wirkstoff-Screenings über Einzelneuron- oder Gesamtmessungen hinaus verbessern.
- Analytik: Ermöglicht den quantitativen Vergleich von Versuchsbedingungen anhand von Metriken wie spektrale Leistung, Kohärenz und Anfallswahrscheinlichkeit, die aus multikanaligen Ableitungen abgeleitet werden.
- Translationale Forschung: Ergänzt Biomarker-Strategien, indem EEG-Phänotypen erfasst werden, die klinische Ergebnisse in Modellen von Epilepsie und Schlafstörungen vorhersagen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Stellt eine wiederverwendbare neurophysiologische Plattform dar, die in verschiedenen CNS-Indikationsprogrammen und für unterschiedliche Zielstrukturen einsetzbar ist.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit, indem die Mehrdeutigkeit bezüglich des Wirkmechanismus durch direkte Beobachtung netzwerkebener Effekte verringert wird.
- Operativer Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von EEG-Experimenten durch standardisierte chirurgische Protokolle und das Design chronischer Implantate.
- Strategischer Wert: Verbessert die Qualität von Go/No-Go-Entscheidungen, indem objektive Wirksamkeitsdaten auf Systems-Ebene früh im Entdeckungsprozess bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Weiterentwicklung, indem Verbindungen mit günstigen Profilen zur Netzwerkmodulation identifiziert werden, bevor kostspielige präklinische Investitionen getätigt werden.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in stereotaktischer Chirurgie und im Umgang mit Mikroelektroden aufgrund der ultradünnen, gegabelten Struktur des Arrays.
- Ist abhängig vom Zugang zu elektrophysiologischen Messgeräten, die in der Lage sind, Signale mit hoher Dichte aufzuzeichnen und mit der Verhaltensüberwachung zu synchronisieren.
- Erfordert die Standardisierung der postoperativen Versorgung und Erholungszeiträume, um eine konsistente Signalqualität über verschiedene Tiere hinweg sicherzustellen.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen für verschiedene Mausstämme und genetische Hintergründe, die die Schädelstärke und den chirurgischen Zugang beeinflussen.
- Ist durch die technische Herausforderung begrenzt, das Eindringen von Flüssigkeit unter die Filmelektrode während der Applikation von Zahnzement zu verhindern, wie im Protokoll beschrieben.
