La chirurgia stereotassica è una tecnica potente utilizzata per manipolare il cervello negli animali viventi. Targeting regioni profonde all’interno del cervello intatto pone un problema unico in quanto di solito il bersaglio chirurgico non può essere localizzato visivamente. La stereotassia o chirurgia stereotassica è stata ideata per colpire regioni discrete del cervello conoscendo le loro relazioni spaziali con punti di riferimento visibili. Utilizzando un sistema di coordinate tridimensionale, gli strumenti possono essere indirizzati a posizioni specifiche per misurare l’attività cerebrale, effettuare una lesione o eseguire manipolazioni genetiche., Questo video tratterà i principi della chirurgia stereotassica, dimostrerà i passaggi essenziali della procedura e discuterà le varie applicazioni della tecnica.
Prima di discutere i dettagli procedurali, esaminiamo i principi e gli strumenti di base della tecnica. Per iniziare, la stereotassia dipende dall’individuazione della regione mirata del cervello su un asse tridimensionale. A tale scopo viene utilizzato un atlante stereotattico. Questo documento è una ricostruzione 3D del cervello ottenuta da sezioni seriali di cervelli macchiati.,
In questo quadro di riferimento, le relazioni spaziali sono espresse utilizzando un insieme di 3 assi: Anteriore-posteriore, mediale-laterale e dorsale-ventrale. Per determinare la posizione di una regione di interesse, trovare la regione cerebrale appropriata nell’atlante e utilizzare la griglia per calcolare le corrispondenti coordinate mediolaterali e dorsoventrali. La coordinata antero-posteriore si ottiene nella parte inferiore o superiore della pagina. Questa coordinata è misurata da punti di riferimento sul cranio formato dalle intersezioni delle placche ossee, che sono conosciute come suture., Il punto di riferimento più importante, bregma, è definito come il punto di intersezione della sutura sagittale con la sutura coronale. Il punto noto come lambda è più posteriore; dove la sutura sagittale interseca la sutura lambdoide.
Per il targeting accurato alla posizione calcolata durante l’intervento chirurgico, viene utilizzato un dispositivo noto come frame stereotassico . Il telaio è costituito dal telaio principale, dal micromanipolatore e dal supporto della sonda, che è collegato al morsetto di montaggio. L’incisivo e le barre dell’orecchio entrano in contatto con l’animale per tenere la testa in una posizione fissa., Il micromanipulator è utilizzato per il movimento preciso delle sonde chirurgiche alle coordinate predeterminate all’interno del cervello ed è fornito delle scale a nonio scorrevoli per le misure esatte di distanza in tutte e tre le dimensioni.
Per leggere una scala a nonio, prima identificare la posizione della linea 0 in relazione ai segni di spunta sul lato destro della scala. Questo lato della scala è etichettato con incrementi di 10 millimetri, in modo che 1 sia 10 e 2 sia 20. La posizione del segno 0 qui mostra che la lettura è compresa tra 10 e 11 mm., Per determinare il primo numero a destra del punto decimale, trova la linea sulla scala sinistra che si allinea meglio con un segno sul lato destro. Usa la scala sinistra per identificare il valore di questo segno, che in questo caso è 9, rendendo la lettura finale 10,9 mm.
Ora hai familiarità con i principi di base della stereotassia, quindi esaminiamo come viene eseguita la procedura chirurgica. Prima dell’intervento chirurgico, il cuoio capelluto di un animale anestetizzato viene rasato e disinfettato., Per tenere l’animale in posizione sulla cornice stereotassica, le barre dell’orecchio vengono posizionate delicatamente nelle orecchie e i denti anteriori vengono posizionati nelle barre dell’incisivo. L’unguento oculare viene applicato per prevenire l’essiccazione corneale durante l’intervento chirurgico.
Per esporre il cranio, fare una piccola incisione con un bisturi. Separare delicatamente il tessuto muscolare e pulire la superficie del cranio. Quindi, utilizzare il micromanipolatore per abbassare una sonda a bregma e prendere nota della sua coordinata dorsoventrale. Quindi sollevare la sonda e ripetere questa procedura a lambda. Se la misurazione lambda è inferiore a 0.,1 mm dalla coordinata dorsoventrale a bregma, il cranio è considerato a livello e si è pronti a procedere. In caso contrario, alzare o abbassare la barra incisiva e ripetere le misurazioni.
Ora che il cervello è a livello, tornare a bregma e registrare le coordinate medio-laterali e antero-posteriori. Sulla base delle coordinate del bersaglio dall’atlante cerebrale, calcolare i movimenti necessari per raggiungere quel sito e spostare la sonda nella posizione del bersaglio. Segna questa posizione sul cranio e usa un trapano per fare con cura un buco nell’osso.,
Appena sotto il cranio si trova la dura, una membrana spessa e resistente che può essere sezionata delicatamente con la punta di un piccolo ago.
Successivamente, il braccio del micromanipolatore viene posizionato in posizione per abbassare la sonda alla coordinata dorsoventrale mirata, a quel punto è possibile eseguire la manipolazione desiderata.
Ora che comprendi i passaggi fondamentali della procedura, diamo un’occhiata ad alcuni dei molti modi in cui i neuroscienziati usano la chirurgia stereotassica per rispondere alle domande in laboratorio.,
Per cominciare, stereotaxy è estremamente utile per la consegna degli agenti sperimentali nelle regioni precise del cervello. Questi agenti possono includere coloranti traccianti utilizzati per visualizzare proiezioni neuronali e connettività, composti chimici o reagenti per la manipolazione genetica dei neuroni. Ad esempio, l’iniezione di virus geneticamente modificati comporterà la consegna di un gene di interesse alle cellule infette. Qui, un virus è stato iniettato nell’ippocampo, con conseguente espressione di GFP in una piccola popolazione di neuroni.,
D’altra parte, la consegna virale di piccolo RNA interferente può impedire l’espressione delle proteine desiderate. In questo esempio, l’espressione della proteina SOD1 è stata soppressa in diverse regioni del cervello dopo l’iniezione stereotassica nel ventricolo laterale.
In alternativa, la chirurgia stereotassica può essere utilizzata per posizionare elettrodi nel cervello per la registrazione dei segnali elettrici che accompagnano l’attività neurale., Dopo che l’animale si è ripreso dalla procedura chirurgica, gli elettrodi possono essere collegati a sistemi di registrazione elettrofisiologici per osservare il fuoco neuronale mentre il topo si comporta liberamente.
Oltre a misurare l’attività neuronale, la chirurgia stereotassica è strumentale alla microdialisi. Questa tecnica consente il monitoraggio continuo delle concentrazioni di farmaci, neurotrasmettitori o metaboliti nel tessuto cerebrale degli animali svegli. Per fare questo, una piccola sonda piena di liquido con una membrana semipermeabile alla sua punta viene impiantata in una regione cerebrale specifica., Piccoli soluti tra cui neurotrasmettitori, ormoni e farmaci si diffondono nella sonda, dove possono essere raccolti per l’analisi. In questo esperimento, la concentrazione di glucosio nell’ippocampo è stata misurata come lettura per l’attività neurale locale mentre i ratti hanno completato un compito che richiede l’uso della memoria di lavoro spaziale.
Hai appena visto il video di Giove sulla chirurgia stereotassica. In questo video, abbiamo trattato i principi e i metodi della procedura, nonché le sue numerose applicazioni nei laboratori di neuroscienze.
Grazie per aver guardato!
