Rejestracja EEG o wysokiej gęstości u swobodnie poruszających się myszy z wykorzystaniem mikroelektrod na bazie poliamidu
11 stycznia 2011
W niniejszym artykule opisano procedurę chirurgiczną oraz wskazówki dotyczące obsługi związane z implantacją ultrasciennej macierzy mikroelektrod na bazie poliimidu (PBM-array) na czaszkę myszy w celu rejestracji wysokiej gęstości encefalografii (EEG) w modelu mysim.
Witajcie, jestem Mina Lee z Laboratorium Gen Choice w Centrum Neuronauk w Koreańskim Instytucie Nauki i Technologii. Dzisiaj zaprezentujemy warunki wysokiej gęstości EG w modelu masy z zastosowaniem polimerowej macierzy mikroelektrod. Procedura obejmuje konfigurację aparatury, przygotowanie zwierząt do operacji oraz przeprowadzenie zabiegu stereotaktycznego.
Po operacji wykonamy zapis EEG, a następnie przeanalizujemy dane. Zacznijmy. Przed rozpoczęciem operacji przygotuj instrumenty stereotaktyczne oraz wszystkie niezbędne materiały.
Otoczenie powinno być czyste. Przygotuj mysz do operacji. Dzisiejszy zabieg zaprezentuję na 17-tygodniowej hybrydowej myszy szczepu basic six black six J 1 29 s four S-V-J-A-E.
Można również wykorzystać myszy o masie ciała przekraczającej 25 g. Zanestezjować mysz poprzez podanie dootrzewnowe (IP) koktajlu zawierającego ketaminę w dawce 120 mg/kg oraz ksylazynę w dawce 6 mg/kg. Delikatnie uszczypnąć mysz w ogon, aby upewnić się, że zwierzę znajduje się w wystarczająco głębokiej narkozie, by przystąpić do zabiegu chirurgicznego.
Aby rozpocząć zabieg chirurgiczny, zamocuj zwierzę w aparacie stereotaktycznym. Włóż pojedynczo pręty mocujące do uchwytu dla myszy i dokręć je. Nanieś nieco metanolu na głowę zwierzęcia, a następnie zgoli sierść z głowy.
Wykonaj zastrzyk, a następnie wykonaj cięcie wzdłużne od miejsca między oczami do miejsca między uszami i czaszką. Ściśnij skórę myszy za pomocą mikrokleszczyków, aby utrzymać cięcie szeroko otwarte. Usuń wszelkie pozostałe tkanki lub błony z czaszki za pomocą wysterylizowanych patyczków do wymazów.
Umieść marker nad głową pacjenta. Zaznacz punkty lambda BMA. Następnie odsuń marker i trwale oznacz punkty za pomocą cienkopisu.
Dokładnie w tym miejscu. Punkt docelowy. Przenieś elektrodę filmową nad głowę i nanieś kroplę wody T na czaszkę.
Umieść BMA na środku piątej warstwy Ontario polimerowej matrycy mikroelektrod. Ostrożnie usuń film od strony przyśrodkowej do bocznej za pomocą watnych patyczków nasączonych wodą. Odczekaj kilka minut, aż powierzchnia całkowicie wyschnie.
Ułatwia to lepszą adhezję. Za pomocą pisaka na bazie oleju nanieś trzy oznaczenia w pozostałej przestrzeni. W tych miejscach zostaną wykonane otwory wiertnicze.
Należy zachować szczególną ostrożność podczas wiercenia otworów, aby nie uszkodzić wnętrza. Umieść trzy śruby kierujące liniami sterylnymi na czaszce i wkręcaj je, aż zostaną ściśle osadzone w obrębie sznurowania. Przygotuj gęstą partię płynnego cementu dentystycznego i pokryj nim śruby elektrod błonowych oraz pozostałą część czaszki.
Przygotuj kolejną partię i użyj jej do całkowitego pokrycia elektrody. Ponownie odsłoń śruby, aby ją zabezpieczyć. Pamiętaj, że ten element nie powinien znajdować się pod elektrodą filmową.
Przykleić podwójny znacznik z taśmą na tylnej części płaszczyzny złącza. Za pomocą mocnego kleju przymocować sztywny patyk w charakterze paska na środku czaszki. W dzisiejszym doświadczeniu do etapu z patykiem używam końcówki patyczka do nakłuwania, przesuwając złącze do tyłu, aż nawiąże ono kontakt z końcówką patyczka.
Odległość między czaszką a złączem powinna wynosić ponad pięć milimetrów. Przyklej powierzchnię złącza do końcówki patyczka bawełnianego, używając mocnego kleju. Pozostałą otwartą przestrzeń wypełnij cementem akrylowym.
Po utwardzeniu cementu należy zdjąć zaciski i poruszyć skórę. Wyjmij mysz z urządzenia i zakryj wolną przestrzeń. Za pomocą akrylowego cementu stomatologicznego nałóż antybiotyk z sodem w okolicy cementu oraz miejsca szwów.
Umieść mysz w oddzielnej klatce i pozostaw ją na pięć dni w celu rekonwalescencji. Podłącz mysz do urządzenia EEG, wykonaj próbny rozruch i pozostaw zwierzę na ponad godzinę w celu aklimatyzacji. Po godzinie przeprowadź rejestrację EEG; wykonaliśmy akwizycję wysokiej gęstości EEG w modelu mysim z wykorzystaniem polimerowej macierzy mikroelektrod.
Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o delikatnym obchodzeniu się z elektrodą filmową, ponieważ jej grubość wynosi zaledwie 7 µm. Podczas przestawiania elektrody konieczne jest użycie kropli wody z kranu. Pominięcie tego kroku może spowodować łatwe przesunięcie elektrody; należy upewnić się, że akryl o wysokiej lepkości nie przedostał się pod film.
Po zarejestrowaniu danych przeprowadzamy analizę offline za pomocą meth lab, aby wygenerować kilka grafów mózgu w celu wyraźnej wizualizacji aktywności mózgu u myszy. Są to reprezentatywne wielokanałowe sygnały EEG po wstrzyknięciu GBL. Na lewym panelu widoczne są reprezentatywne sygnały wielokanałowe, a po wstrzyknięciu GBL na prawym panelu.
Przedstawiono mapy topografii mózgu, takie jak średnie opóźnienie czasowe mocy, średnia amplituda szczytu oraz średnia mapa prawdopodobieństwa początku napadu. To wszystko. Dziękujemy za oglądanie.
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia procedurę chirurgiczną implatacji macierzy mikroelektrod na bazie polimidu (PBM-array) na czaszkę myszy, co umożliwia wysokogęstościową akwizycję EEG w modelu mysim.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Elektrofizjologia
- Inżynieria biomedyczna
Wprowadzenie
- EEG o wysokiej gęstości jest kluczowe dla badania aktywności mózgu.
- Macierze mikroelektrod na bazie polimidu oferują zalety w zakresie jakości rejestracji.
- Zrozumienie technik chirurgicznych jest niezbędne dla skutecznej implantacji.
- Modele mysie są powszechnie wykorzystywane w badaniach z zakresu neuronauki.
Cel badania
- Dostarczenie szczegółowego protokołu chirurgicznego dla implantacji macierzy PBM.
- Umożliwienie wysokogęstościowych zapisów EEG u myszy.
- Udoskonalenie metod pozyskiwania danych w badaniach z zakresu neuronauki.
Zastosowane metody
- Przygotowanie instrumentów chirurgicznych i znieczulenie zwierzęcia.
- Wdrożenie technik chirurgii stereotaksycznej.
- Ostrożne obchodzenie się z ultra-cienką macierzą mikroelektrod.
- Rekonwalescencja pooperacyjna i akwizycja danych EEG.
Główne wyniki
- Pomyślna implantacja macierzy PBM na czaszce myszy.
- Wysokiej jakości zapisy EEG uzyskane po operacji.
- Analiza danych ujawniła istotne wzorce aktywności mózgu.
- Wykazano znaczenie starannych technik chirurgicznych.
Wnioski
- Opisana procedura jest skuteczna w przypadku akwizycji wysokogęstościowego EEG.
- Prawidłowe obchodzenie się z macierzą mikroelektrod jest kluczowe.
- Metoda ta może przyczynić się do rozwoju badań nad analizą aktywności mózgu.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
EEG o wysokiej gęstości u swobodnie poruszających się myszy umożliwia mechanistyczną weryfikację hipotez dotyczących obwodów neuronalnych poprzez powiązanie sygnatur elektrofizjologicznych z zachowaniem w modelach genetycznie modyfikowalnych. Podejście to wspiera walidację celów w procesie odkrywania leków neuropsychiatrycznych, dostarczając ilościowych i powtarzalnych odczytów aktywności sieci powiązanych z mechanizmami chorobowymi. Macierz mikroelektrod na bazie polimidu zwiększa wierność sygnału oraz zdolność do długotrwałego rejestrowania danych, co poprawia pewność prognostyczną w ocenie skuteczności przedklinicznej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez korelację rytmów EEG ze specyficznymi stanami behawioralnymi w modelach istotnych dla danej jednostki chorobowej.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowaną platformę do walidacji funkcjonalnej celów terapeutycznych, wykorzystując wielkoskalową aktywność neuronalną jako odczyt fenotypowy.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje mierzalne, wielowymiarowe wyniki EEG, odpowiednie do opracowywania testów w programach przesiewowych leków oddziałujących na ośrodkowy układ nerwowy.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację testów dzięki przewlekłym, wielokrotnego użytku implantom elektrod, które redukują zmienność między sesjami.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia identyfikację biomarkerów translacyjnych poprzez dopasowanie sygnatur EEG myszy do odpowiedników EEG u ludzi w zaburzeniach neuropsychiatrycznych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia podłużne monitorowanie stopnia zaangażowania celu i modulacji obwodów w poszczególnych fazach badań przedklinicznych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z procesem odkrywania leków – od generowania hipotez po optymalizację wiodących związków – dostarczając dynamicznych danych neuronalnych na poziomie systemowym, które stanowią podstawę do wyboru celu terapeutycznego i priorytetyzacji związków.
- Biologia odkrywcza: Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez ujawnianie, w jaki sposób manipulacje genetyczne lub farmakologiczne wpływają na dynamikę wielkoskalowych sieci mózgowych.
- Przesiewanie: Dostarcza wysokowymiarowe, rozdzielone w czasie odczyty EEG, które zwiększają rozdzielczość przesiewania związków ponad miary pojedynczych neuronów lub pomiary zbiorcze.
- Analityka: Umożliwia ilościowe porównanie warunków za pomocą mocy widmowej, koherencji oraz wskaźników prawdopodobieństwa napadów wyprowadzonych z rejestracji wielokanałowych.
- Badania translacyjne: Jest zgodna ze strategiami biomarkerów poprzez rejestrację fenotypów EEGB, które są predyktywne dla wyników klinicznych w modelach epilepsji i zaburzeń snu.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Stanowi wielokrotnego użytku platformę neurofizjologiczną, którą można zastosować w wielu programach dotyczących wskazań w obrębie OUN oraz klas celów terapeutycznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną poprzez redukcję niejednoznaczności w mechanizmie docelowym dzięki bezpośredniej obserwacji efektów na poziomie sieciowym.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i skalowalność eksperymentów EEG poprzez standaryzowane protokoły chirurgiczne i konstrukcję implantów chronicznych.
- Wartość strategiczna: Poprawia jakość decyzji go/no-go, dostarczając obiektywne dane o skuteczności na poziomie systemowym we wczesnej fazie procesu odkrywania leków.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia dostosowanie postępów do poziomu ryzyka poprzez identyfikację związków o korzystnych profilach modulacji sieciowej przed kosztownymi inwestycjami w badania przedkliniczne.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w chirurgii stereotaktycznej i obchodzeniu się z mikroelektrodami ze względu na ultracienką, rozwidloną strukturę macierzy.
- Zależny od dostępu do aparatury elektrofizjologicznej zdolnej do akwizycji sygnałów o wysokiej gęstości oraz synchronizacji z monitorowaniem behawioralnym.
- Wymaga standaryzacji opieki pooperacyjnej i czasu rekonwalescencji w celu zapewnienia spójnej jakości sygnału u wszystkich zwierząt.
- Uwzględnia kwestie adaptacyjne dla różnych szczepów myszy i tła genetycznego, które wpływają na grubość czaszki i dostęp chirurgiczny.
- Ograniczony przez wyzwanie techniczne, jakim jest zapobieganie przenikaniu płynów pod elektrodę foliową podczas aplikacji cementu dentystycznego, zgodnie z opisem w protokole.
