用于清醒、头部固定大鼠神经成像的头部植入物

大多数基础和转化工作来自麻醉动物。麻醉剂可以在数据分析和解释中添加混杂变量。这项工作使大鼠的清醒成像能够规避这个问题。

这个设计非常简单。整个组件重量轻，因此不会损害动物的正常生活。这意味着它也可以用于长期慢性成像。

帮助演示该程序的将是Mehwish Bhatti博士，我们实验室的高级博士后。首先使用CAD软件制作头部植入物，对前膛后方和躯体感觉皮层中心的中线相邻的区域进行成像。确保头部植入物覆盖颅骨上远离成像区域的 0.9 至 1.9 毫米区域。

仅使用三个螺钉将头部植入物固定在大鼠头骨上。设计图像半球对侧中线另一侧的所有螺丝孔。为了让电线将头帽固定在头部植入物上，请在头部植入物的上部放置一个空心杆。

接下来，设计盖子，确保它完全覆盖成像区域并保护其免受任何创伤。在头盖上添加一个曲率，使其与头部的形状对齐，而不会给动物在标准浓缩笼中的日常活动带来困难。将头帽的内侧切成更宽的矩形，以便头部植入物的上部可以放入其中。

垂直于这个矩形，切割另外两个矩形区域，将头盖固定在头部植入物上。要将头帽固定在大鼠的头部，请将电线穿过头部植入物的上空心杆。设计头部框架，使一个切割部分可以穿过头部植入物的上杆，并使用夹子固定。

为了使对侧易于成像，请调整另一个切割部分的角度，以提供额外的强度以保持鼠头固定。使用3D打印机打印头部植入物和头帽。测量动物的重量以计算要施用的麻醉剂量。

通过腹膜内注射戊巴比妥钠来麻醉动物。这种手术可以使用几种麻醉剂，例如异氟醚、氯胺酮或甲苯噻嗪。肌内注射阿托品以减少呼吸时的粘液分泌。

使用理发器，从眼睛之间到耳朵后部以中线为中心剃掉老鼠的头部 5 毫米。然后使用固定在大鼠后腿上的脉搏血氧仪和心率监测器探头监测氧分饱和度和心率。用Betadine和70%酒精湿巾交替擦拭老鼠的头部和周围区域三次。

将大鼠固定在立体定位系统中。接下来，插入凡士林润滑的直肠探头测量大鼠的体温，并通过加热毯的反馈系统保持体温，以避免麻醉给药后体温过低。在双眼上涂抹眼药膏以防止干燥。

在手术部位皮下注射2%局部麻醉剂，在室温下皮下给予3毫米的乳酸林格氏液，以防止脱水并在手术过程中提供营养。使用锋利的手术剪刀，去除手术部位上的皮肤部分。解剖并去除头部颞部耳朵和眼睛之间的部分皮肤。

使用手术刀去除下面的皮肤组织以露出头骨。然后使用无菌棉纱布清洁头骨。切开颞肌，露出对侧半球的颅骨区域，用于头部植入物。

将头部植入物放在颅骨上，以确定植入物锚固螺钉的位置。现在用印度墨水标记头骨，用钻头一钻螺丝。使用牙钻头三钻头钻螺钉的毛刺孔，并将头部植入物拧到位。

使用无菌纱布擦干颅骨，并在头部植入物周围和下方涂上一层薄薄的组织粘合剂，将其粘在颅骨上。使用牙科水泥进一步支撑头部植入物，让水泥干燥两到三分钟。此外，使用牙钻头三将颅骨左侧后方和中线外侧的 7.5 毫米乘 7.5 毫米区域的厚度减小到 50 微米。

在手术部位涂抹局部抗生素软膏，然后用一层薄薄的硅橡胶覆盖，以保护薄颅骨。接下来，使用头帽覆盖手术部位，并用穿过头部植入物和头帽的两小根电线将其固定到位。涂上硅橡胶覆盖头帽和头骨，以进一步稳定大鼠头部的头盖。

腹腔注射丁丙诺啡和抗生素，以分别控制疼痛和炎症并预防感染。显示了来自清醒大鼠的汇总反应和麻醉大鼠的单次试验的光学成像信号。清醒头部固定大鼠的功能反应比麻醉大鼠强140倍。

注意不要在顶板上添加太多水泥。它会阻碍盖子正确固定。该方法可广泛应用于清醒头部固定薄颅神经影像学。

通过开颅手术，它可以扩展到其他神经影像学方案，包括功能性超声成像、钙成像和荧光成像。清醒成像将允许新的工作主体，而不会产生麻醉剂引入的混杂变量。