PL224680B1

PL224680B1 - Urządzenie i zespół do unieruchamiania zwierzęcia, zastosowanie tego urządzenia oraz sposób unieruchamiania zwierzęcia

Info

Publication number: PL224680B1
Application number: PL410001A
Authority: PL
Inventors: Kacper Łukasiewicz; Magdalena Robacha; Marzena Stefaniuk; Artur Wolny; Katarzyna Radwańska
Original assignee: Inst Biologii Doświadczalnej Im M Nenckiego Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2017-01-31
Also published as: WO2016072873A1; PL410001A1

Abstract

Urządzenie (1) do unieruchamiania zwierzęcia w celu zbadania wybranego obszaru ciała zwierzęcia, które zawiera dwa pionowe człony kolumnowe (2a, 2b) przytwierdzone dolnymi końcami do podstawy (3), przy czym wysokość członów kolumnowych (2a, 2b) jest regulowana niezależnie od siebie nawzajem i może być blokowana w wybranym położeniu, zaś urządzenie zawiera ponadto drążek mocujący (4) mający dwa końce, z których każdy łączony jest w sposób umożliwiający rozłączenie z górnym końcem jednego członu kolumnowego (2a, 2b) za pomocą struktury łączącej (7a, 7b) umożliwiającej obracanie drążka mocującego (4) wokół jego osi wzdłużnej i unieruchomienie go w wybranym położeniu kątowym, natomiast do drążka mocującego (4) przymocowany jest rozłącznie pomiędzy jego dwoma końcami podłużny element wspornikowy (9), który ma bliższy koniec przystosowany do rozłącznego mocowania do drążka mocującego (4) i dalszy koniec przystosowany do rozłącznego mocowania do ciała zwierzęcia. Zastosowanie urządzenia według wynalazku i zespół zawierający urządzenie według wynalazku oraz kilka wymiennych elementów wspornikowych. Sposób unieruchamiania zwierzęcia.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia i zespołu do unieruchamiania zwierzęcia, w szczególności w c elu zamocowania i unieruchomienia go na potrzeby procedur naukowych i chirurgicznych, w szczególności wykonywanych pod mikroskopem, zwłaszcza przy obrazowaniu z użyciem mikroskopu dwufotonowego in vivo.

Unieruchomienie zwierzęcia jest wymagane przy wielu procedurach w zakresie nauk biologicznych, jak również w medycynie weterynaryjnej. Procedury te, w szczególności wykonywane na dużych powiększeniach, np. przy użyciu mikroskopów, wymagają możliwości dokładnego umiejscowienia zwierzęcia. Narzędzia lub urządzenia używane do takiej procedury powinny spełniać pewne podstawowe warunki. Po pierwsze, powinny bezpiecznie unieruchamiać zwierzę, zabezpieczając je przed zmianą położenia w trakcie trwania procedury, a także przed ewentualnymi urazami. Po drugie, powinny umożliwiać umiejscowienie zwierzęcia lub jego części ciała w sposób zoptymalizowany dla w ykonywanej procedury. Po trzecie, narzędzia lub urządzenia nie mogą kolidować z innymi narzędziami, urządzeniami lub czynnościami stosowanymi w trakcie procedury lub jej przygotowywania. Dodatkowo, narzędzia lub urządzenia do unieruchamiania powinny mieć możliwość skalowania, by móc dop asować ich rozmiar do zwierzęcia, które poddawane będzie procedurze.

Obszary badań szczególnie wymagające efektywnego, bezpiecznego i powtarzalnego unieruchamiania zwierzęcia to między innymi: przyżyciowe obserwacje procesów biologicznych, pobieranie komórek oraz operacje mikrochirurgiczne przeprowadzane z użyciem mikroskopów, w szczególności fluorescencyjnych i konfokalnych. Jednym z tych szczególnych zastosowań jest przyżyciowa obserwacja wyznakowanych fluorescencyjnie komórek w mózgu zwierzęcia przez okienko przezczaszkowe z użyciem mikroskopu dwufotonowego.

Mikroskopia dwufotonowa jest nowym i rewolucyjnym podejściem do przyżyciowego obrazowania mózgu. Pozwala ona na wizualizację morfologicznych i funkcjonalnych zmian wewnątrz tkanki mózgowej żyjącego zwierzęcia przez tzw. okienko przezczaszkowe, które jest sztucznym otworem w czaszce przykrytym szkiełkiem nakrywkowym. Pod mikroskopem można umieścić zwierzę przytomne lub poddane anestezji. Coraz więcej laboratoriów używa mikroskopów dwufotonowych, dzięki czemu technika ta staje się nowym standardem w przyżyciowym obrazowaniu mózgu. Podczas gdy technika ta wciąż zyskuje na popularności, dodatkowe urządzenia, akcesoria i metodologia dla mikroskopii dwufotonowej wymagają dalszego rozwoju.

Jednym z wyzwań przy uzyskiwaniu danych w eksperymentach opartych na przyżyciowym obrazowaniu mikroskopem dwufotonowym jest poprawne umiejscowienie zwierzęcia pod obiektywem mikroskopu. Unieruchomienie głowy zwierzęcia jest tu kwestią kluczową. Nawet nieuniknione ruchy oddechowe znacząco utrudniają analizę uzyskanych obrazów. Podstawowym sposobem, by poprawić jakość uzyskanych obrazów jest redukcja ruchów głowy do niezbędnego minimum. Kolejne wyzwanie stanowi to, że większość eksperymentów przyżyciowych jest długotrwała i wymaga wielu sesji obrazowania dla każdego zwierzęcia. Z tego powodu potrzebne jest urządzenie pozwalające na unieruchomienie zwierzęcia pod mikroskopem w prosty, powtarzalny i niezmienny sposób.

Komercyjnie dostępne urządzenia nie zapewniają satysfakcjonującego sposobu umieszczania i mocowania zwierzęcia pod mikroskopem, przez co wymagana jest instalacja dodatkowych elementów mocujących. Pomimo, że istniej wiele rozwiązań eksperymentalnych, niezwykle potrzebne jest uniwersalne urządzenie unieruchamiające zwierzę. Tego typu urządzenie powinno pozwolić naukowcom na standaryzację procedur tak, by uzyskać schematy eksperymentalne, które można będzie powtarzać pomiędzy różnymi laboratoriami.

Aktualnie komercyjnie dostępny jest tylko jeden rodzaj urządzenia do unieruchamiania zwierzęcia dedykowany do obrazowania przyżyciowego przy użyciu mikroskopu dwufotonowego. Większość laboratoriów używa różnego rodzaju wykonywanych samodzielnie lub na zamówienie urządzeń do unieruchamiania, które nie są w żaden sposób ustandaryzowane i posiadają wiele różnych nie dociągnięć.

Dwa komercyjnie dostępne urządzenia najczęściej używane do unieruchamiania zwierząt podczas obrazowania to aparat stereotaktyczny i dostępne na rynku urządzenie produkowane przez firmę Luigs & Neumann; zasada działania i konstrukcja obu są podobne.

Urządzenie firmy Luigs & Neumann jest U-kształtną ramką opartą ruchomo na trzech przegubach kulkowych, przy czym każde z ramion „U” zaopatrzone jest w zestaw czterech kołków służących do unieruchamiania czaszki. Kołki regulowane są przez śruby. Problemem tego rozwiązania jest fakt,

PL 224 680 B1 że trudno jest dostosować nacisk kołków na czaszkę zwierzęcia, co często powoduje uszkodzenie lub śmierć zwierzęcia. Urządzenie nie zapewnia możliwości oznaczenia właściwych ustawień dla zwierzęcia, przez co za każdym razem jego pozycja różni się od poprzedniej. Jest to szczególny problemem przy długotrwałych eksperymentach, gdzie kluczowe jest pozyskanie porównywalnych danych w różnych punktach czasowych. Tego typu ramki nie można użyć również przy eksperymentach na prz ytomnych zwierzętach.

W niektórych laboratoriach w trakcie obrazowania używa się standardowego aparatu stereotaktycznego. Z jego użyciem związane są podobne wady, jak przy powyżej opisanym urządzeniu. Użycie aparatu stereotaktycznego do unieruchomienia zwierzęcia jest znacznie bezpieczniejsze z powodu lepszej kontroli nacisku kołków umieszczanych w uszach. Jednakże zastosowanie tego urządzenia w obrazowaniu przyżyciowym ma wiele ograniczeń. Można nabyć komercyjne adaptery przystosowujące aparat stereotaktyczny do obrazowania przyżyciowego, jednak ich użycie nie eliminuje problemów związanych z użyciem tego aparatu. Dodatkową trudnością jest utrudniony dostęp obiektywu mikroskopu, co wymusza obrazowanie pod niewłaściwym kątem obiektyw-szkiełko.

W innych urządzeniach przewiduje się umieszczanie dużych blaszek lub płytek na głowie zwierzęcia, na stałe lub jedynie w trakcie sesji obrazowania. Blaszka jest mocowana do sztywnej ramy, co pozwala na stosunkowo mocne i skuteczne unieruchomienie zwierzęcia. Wadą pierwszego rozwiązania jest niewygoda zwierzęcia pomiędzy sesjami obrazowania, co ogranicza możliwe zastosowania eksperymentalne do tych, które nie mają ograniczeń przestrzennych. Drugie rozwiązanie wymaga przed każdą sesją obrazowania poddawania zwierzęcia procedurze operacyjnej w celu przymocowania i zdjęcia blaszki, co jest zarazem pracochłonne, jak i niesie ze sobą duże ryzyko infekcji oraz może wpłynąć na wyniki eksperymentu.

Mniejsze blaszki i innego rodzaju mocowania są również używane w podobny sposób. Blaszka jest przyklejana na stałe do czaszki, a następnie mocowana do ramy. Pomimo zmniejszenia rozmiaru tego typu rozwiązania również mogą powodować problemy przy ograniczonej przestrzeni. W środowisku eksperymentalnym takim, jak klatki IntelliCage zwierzęta przechodzą przez niewielki okrągły otwór, by dostać się do butelki wody. Metalowa blaszka przytwierdzona do głowy może zawadzać przy przechodzeniu przez otwory lub zahaczać o dach klatki, co może uszkodzić okienko przezczaszkowe zamocowane na czaszce przy pomocy tego samego cementu dentystycznego co blaszka.

Celem niniejszego wynalazku było rozwiązanie wyżej wymienionych problemów przez dostarczenie urządzenia, zespołu, zastosowania urządzenia oraz sposobu unieruchamiania zwierzęcia, które umożliwiałyby szybsze, bardziej dogodne i dokładniejsze unieruchomienie zwierzęcia.

Szczególnym celem wynalazku było ułatwienie regulacji poziomu i kąta pozycjonowania prz ytomnego lub uśpionego zwierzęcia i skrócenie czasu potrzebnego do przygotowania zwierzęcia przy wielokrotnym obrazowaniu.

Innym celem wynalazku było zapewnienie powtarzalnej regulacji i skalowania przy unieruchamianiu zwierząt, które mają zamontowane na ciele elementy niezbędne przy procedurach eksperymentalnych, takie jak np. okienko przezczaszkowe.

Dodatkowym celem było dostarczenie znormalizowanego urządzenia o prostej konstrukcji, aby móc adaptować je do szerokiego zakresu zastosowań, np. dla różnych części ciała u różnych gatu nków zwierząt.

Urządzenie rozwiązuje w korzystny sposób dwa skomplikowane problemy, które nurtują naukowców w dziedzinach nauk o życiu: po pierwsze, użycie ustandaryzowanego urządzenia do unieruchamiania jest wygodne dla wielu użytkowników i typów operacji; po drugie, ustandaryzowane urządzenie do unieruchamiania daje możliwość standaryzacji projektów eksperymentalnych. Niniejszy wynalazek ma szczególne znaczenie dla badań naukowych na mózgu żywych zwierząt w szczególności badań z wykorzystaniem technik obrazowania.

Istotą prezentowanego wynalazku jest urządzenie do unieruchamiania zwierzęcia w celu zbadania wybranego obszaru ciała zwierzęcia. Urządzenie zawiera dwa pionowe człony kolumnowe przytwierdzone dolnymi końcami do podstawy, przy czym wysokość członów kolumnowych jest regulowana niezależnie od siebie nawzajem i może być blokowana w wybranym położeniu, zaś urządzenie zawiera ponadto drążek mocujący, mający dwa końce, z których każdy łączony jest w sposób umożliwiający rozłączenie z górnym końcem jednego członu kolumnowego za pomocą struktury łączącej umożliwiającej obracanie drążka mocującego wokół jego osi wzdłużnej i unieruchomienie go w wybranym położeniu kątowym, natomiast do drążka mocującego przymocowany jest rozłącznie pomiędzy jego dwoma końcami podłużny element wspornikowy, który ma bliższy koniec przystosowany do ro z4

PL 224 680 B1 łącznego mocowania do drążka mocującego i dalszy koniec przystosowany do rozłącznego mocowania do ciała zwierzęcia.

Element wspornikowy korzystnie rozciąga się poprzecznie do drążka mocującego i ma oś podłużną, a także dwie powierzchnie sprzęgające, jedną na bliższym końcu i drugą na końcu dalszym, przy czym powierzchnie sprzęgające są zasadniczo równoległe do tej osi i leżą w płaszczyznach, które tworzą kąt skrętu w zakresie od 0° do 90° między sobą.

Każdy człon kolumnowy korzystnie stanowi teleskopowy słupek składający się z przynajmniej dwóch elementów koncentrycznych.

Teleskopowe słupki mogą być blokowane na wybranej pozycji w osi pionowej za pomocą trzpieni blokujących, korzystnie śrub motylkowych.

Korzystnie, każda struktura łącząca jest utworzona przez wydrążoną tuleję przyłączoną poprzecznie do członu kolumnowego, przy czym każdy koniec drążka mocującego jest umieszczony wewnątrz tulei i jest utrzymywany w wybranym położeniu obrotowym za pomocą trzpienia blokującego, korzystnie śruby motylkowej, przechodzącej przez ściankę wydrążonej tulei.

Każda tuleja korzystnie ma średnicę wewnętrzną przystosowaną do pomieszczenia końca drążka mocującego z luzem tak, że wysokości poszczególnych członów kolumnowych mogą być różne.

Korzystnie, dolne końce członów kolumnowych są integralne z podstawą.

Element wspornikowy jest korzystnie elementem typu blaszki o spiralnym skręcie w jej środku, której powierzchnie sprzęgające stanowią obszary blaszki w pobliżu jej końców.

W innym przykładzie wykonania, element wspornikowy stanowi pręt o przekroju kołowym w części środkowej i mający dwie bilateralnie spłaszczone części końcowe zawierające płaskie powierzchnie sprzęgające.

Element wspornikowy może być przymocowany do drążka mocującego za pomocą trzpienia blokującego, korzystnie śruby motylkowej.

Korzystnie, kąt skrętu między płaszczyznami, na których znajdują się powierzchnie sprzęgające wynosi od 20° do 35°.

Korzystnie, wspomniany kąt skrętu jest dobrany odpowiednio do położenia części ciała zwierzęcia przymocowanego do elementu wspornikowego i do obszaru jego ciała, który jest badany.

Powierzchnie sprzęgające elementu wspornikowego mogą być zaopatrzone w otwory na środki mocowania, korzystnie otwory gwintowane, a środki mocowania stanowią śruby motylkowe.

Urządzenie może być dostosowane odpowiednio do zwierzęcia, na którym prowadzona jest praca, a w szczególności do wielkości gryzoni laboratoryjnych.

Korzystnie, elementy urządzenia są wykonane z materiału, który jest wystarczająco sztywny, aby utrzymać zwierzę w zadanym położeniu, przykładowo ze stali nierdzewnej lub wysokiej jakości aluminium.

Wysokość każdego członu kolumnowego powinna być skalowana w celu umożliwienia powtarzalnego pozycjonowania zwierzęcia.

Korzystne jest, by obracanie drążka mocującego wokół jego osi podłużnej było skalowane w celu umożliwienia powtarzalnego pozycjonowania zwierzęcia.

Zgodnie z innym aspektem wynalazku opracowano zespół do unieruchamiania zwierzęcia w celu zbadania wybranego obszar ciała zwierzęcia. Zespół zawiera urządzenie według wyn alazku i kilka wymiennych elementów wspornikowych, przy czym w każdym elemencie wspornikowym kąt skrętu między płaszczyznami jego powierzchni sprzęgających jest inny.

Zgodnie z jeszcze innym aspektem wynalazku opracowano zastosowanie urządzenia według wynalazku do unieruchomienia zwierzęcia podczas zabiegu chirurgicznego lub innych procedur naukowych.

Korzystnie, zwierzę jest znieczulone podczas procedury chirurgicznej lub naukowej.

Również korzystnie, procedura jest wykonywana pod mikroskopem lub stereoskopem, mikroskopem optycznym lub mikroskopem fluorescencyjnym, bardziej korzystnie z zastosowaniem mikroskopu konfokalnego, a najbardziej korzystnie z użyciem mikroskopu dwufotonowego, lub innego m ikroskopu zdolnego do obrazowania in vivo.

Procedura ta może być wykonywana na głowie zwierzęcia, najlepiej na mózgu, w szczególności przez okno przezczaszkowe.

Według wynalazku opracowano też sposób unieruchomienia zwierzęcia za pomocą urządzenia według wynalazku w celu zbadania wybranego obszaru zwierzęcia, które posiada element mocujący

PL 224 680 B1 przymocowany w pobliżu wspomnianego wybranego obszaru jego ciała, który to sposób obejmuje następujące etapy:

połączenie powierzchni sprzęgającej na dalszym końcu elementu wspornikowego z elementem mocującym przymocowanym do ciała zwierzęcia;

połączenie powierzchni sprzęgającej na bliższym końcu elementu wspornikowego z drążkiem mocującym;

umieszczenie końców drążka mocującego w odpowiednich strukturach łączących;

regulacja i zablokowanie wysokości każdego członu kolumnowego, a także kąta obrotu drążka mocującego zależnie od rozmiaru i kształtu zwierzęcia tak, by wybrana część ciała zwierzęcia znalazła się w pozycji umożliwiającej realizację procedury.

Według wynalazku opracowano także sposób unieruchamiania zwierzęcia za pomocą zespołu według wynalazku, w celu zbadania wybranego obszaru ciała zwierzęcia, zaopatrzonego w element mocujący przymocowany blisko wymienionego wybranego obszaru jego ciała, który to sposób obejmuje następujące etapy:

wybór elementu wspornikowego o odpowiednim kącie skrętu i podłączenie go do drążka mocującego;

umieszczenie końców drążka mocującego w odpowiednich strukturach łączących; regulacja i zablokowanie wysokości każdego członu kolumnowego, a także kąta obrotu drążka zależnie od ro zmiaru i kształtu zwierzęcia tak, by wybrana część ciała zwierzęcia znalazła się w pozycji umożliwiającej realizację procedury.

Korzystnie, sposób obejmuje ponadto co najmniej jednokrotną wymianę elementu wspornikowego na inny element wspornikowy o innym kącie skrętu, w celu poprawy położenia wybranej części ciała zwierzęcia.

Korzystnie, wybrana część ciała zwierzęcia jest ustawiona w sposób umożliwiający dostęp do okienka przezczaszkowego w celu realizacji procedur na mózgu zwierzęcia, korzystnie pod mikrosk opem, najbardziej korzystnie obrazowania za pomocą mikroskopu dwufotonowego.

Przykłady wykonania wynalazku są zilustrowane na załączonym rysunku, którego figury nie ograniczają w żaden sposób zakresu wynalazku. Specjalista w tej dziedzinie będzie w stanie przedstawić wiele innych rozwiązań mieszczących się w zakresie niniejszego wynalazku. Rysunek zawiera następujące figury:

figura 1a przedstawia widok perspektywiczny urządzenia według wynalazku, ustawionego w pierwszym przykładowym położeniu;

figura 1 b przedstawia widok z góry urządzenia przedstawionego na fig. 1a;

figura 1 c przedstawia widok z przodu urządzenia przedstawionego na fig. 1a;

figura 1 d przedstawia widok z boku urządzenia przedstawionego na rys. 1a;

figura 2a przedstawia w widoku perspektywicznym urządzenie według wynalazku, ustawione w drugim przykładowym położeniu;

figura 2b przedstawia widok z góry urządzenia przedstawionego na fig. 2a;

figura 2c przedstawia widok z przodu urządzenia przedstawionego na fig. 2a;

figura 2d przedstawia widok z boku urządzenia przedstawionego na rys. 2a;

figury 3a i 3b przedstawiają odpowiednio widok z boku i widok perspektywiczny górnego elementu koncentrycznego członu kolumnowego w powiększeniu;

figury 4a i 4b przedstawiają odpowiednio widok z boku i widok perspektywiczny dolnego elementu koncentrycznego członu kolumnowego w powiększeniu;

figury 5a, 5b i 5c przedstawiają odpowiednio widok z góry, widok perspektywiczny i widok z przodu pierwszego przykładu wykonania elementu wspornikowego w powiększeniu;

figury 6a i 6b przedstawiają odpowiednio widok z góry i widok perspektywiczny drugiego przykładu wykonania elementu wspornikowego w powiększeniu;

figury 7a i 7b przedstawiają odpowiednio widok z góry i widok perspektywiczny trzeciego przykładu wykonania elementu wspornikowego w powiększeniu;

figury 8a i 8b przedstawiają widok z góry i widok perspektywiczny drążka mocującego;

PL 224 680 B1 figura 9 przedstawia schematycznie widok perspektywiczny urządzenia według wynalazku z podłączonym do niego zwierzęciem.

Jak można zobaczyć na fig. 1a, 1b, 1c, 1d, urządzenie do unieruchamiania 1 według wynalazku zawiera dwa człony kolumnowe 2a oraz 2b przyłączone dolnymi końcami do podstawy 3 i drążek m ocujący 4 umieszczony zasadniczo przy górnych końcach dwóch członów kolumnowych 2a i 2b. Wys okość każdego członu kolumnowego może być regulowana niezależnie od siebie nawzajem, tak że drążek mocujący 4 może być umieszczony poziomo, albo nie poziomo. W przedstawionym przykładzie wykonania każdy człon kolumnowy 2a, 2b jest teleskopowym słupkiem składającym się z dwóch koncentrycznych elementów, wewnętrznego (np. górnego) elementu 5 i zewnętrznego (np. dolnego) elementu 5'. Teleskopowe słupki mogą być ustawione na wybranej pozycji pionowej poprzez zablok owanie trzpieni 6a, 6b, korzystnie śrub motylkowych.

Koncentryczne elementy 5 i 5' są przedstawione w powiększeniu na fig. 3a, 3b i 4a, 4b. Dolne końce członów kolumnowych 2a, 2b mogą być mocowane albo mogą być integralne z podstawą 3. Specjalista w tej dziedzinie będzie w stanie dobrać inne rodzaje konwencjonalnych członów kolumnowych o regulowanej wysokości z możliwością ustawienia optymalnej wysokości na sztywno, co również jest objęte zakresem niniejszego wynalazku.

Każdy człon kolumnowy 2a, 2b, ma strukturę łączącą 7a, 7b zamocowaną na stałe na swoim szczycie, służącą do instalacji drążka mocującego 4. Struktury łączące 7a, 7b mogą być integralne z członami kolumnowymi 2a, 2b.

W opisanym przykładzie wykonania, struktury łączące 7a, 7b mają postać wydrążonych tulei połączonych poprzecznie do górnego końca każdego pionu kolumnowego 2a, 2b. Specjalista w tej dziedzinie oceni, że struktury łączące 7a, 7b mogą mieć różne formy, o ile pozwalają one na rozłączne instalowanie drążka mocującego 4 przez mocowanie jego dwóch końców 4a, 4b na końcach członów kolumnowych 2a, 2b, tak aby można było drążek mocujący 4 obracać wokół jego podłużnej osi X i zablokować jego wybrane położenie po obrocie. W opisanym przykładzie wykonania trzpienie blok ujące 8a, 8b, z których każdy składa się ze śruby przechodzącej przez ścianę tulei 7a, 7b, służą do przymocowania drążka mocującego 4 w wybranym położeniu kątowym, ale można zastosować także inne odpowiednie środki. Na fig. 1a-d drążek mocujący 4 jest zainstalowany w poziomie, to znaczy człony kolumnowe 2a i 2b mają tę samą wysokość. Dodatkowo , trzpienie blokujące 8a, 8b uniemożliwiają drążkowi mocującemu 4 wykonanie ruchu osiowego.

Jak można najlepiej zobaczyć na fig. 1a i 1c, podłużny element wspornikowy 9 jest rozłącznie przymocowany do drążka mocującego 4 pomiędzy jego dwoma końcami 4a, 4b. Element wspornik owy 9 ma bliższy koniec 9a i dalszy koniec 9b.

Korzystnie, element wspornikowy 9 jest umieszczony poprzecznie do drążka mocującego 4. Funkcją elementu wspornikowego 9 jest umożliwić przymocowanie i unieruchomienie zwierzęcia w urządzeniu według wynalazku. Dlatego element wspornikowy 9 ma bliższy koniec 9a przystosowany do rozłącznego mocowana do drążka mocującego 4 i dalszy koniec 9b przystosowany do rozłącznego mocowana do ciała zwierzęcia. Bliższy koniec 9a jest przymocowany do drążka mocującego 4, k orzystnie za pomocą trzpienia mocującego 10, na przykład śruby. Dalszy koniec 9b jest zamocowany do ciała zwierzęcia podobnymi konwencjonalnymi sposobami, np. zestawem śruby 11 z nakrętką 14 zamocowaną do ciała zwierzęcia. Trzy przykładowe kształty elementu wspornikowego 9 zostaną opisane szczegółowo w odniesieniu do fig. 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b.

Na figurach 2a-2d ten sam przykład wykonania urządzenia 1 jest pokazany z drążkiem mocującym 4 zainstalowanym w położeniu pochylonym, to znaczy, że człony kolumnowe 2a i 2b mają różne wysokości. Dobór kąta nachylenia drążka mocującego 4 jest możliwy dzięki temu, że struktury łączące 7a, 7b, w opisanym przykładzie wykonania będące pustymi w środku tulejami, posiadają średnice wewnętrzne przystosowane do pomieszczenia końców 4a i 4b drążka mocującego 4 z luzem. Odpowiednie rozmiary i średnice drążka mocującego, członów kolumnowych i struktur łączących jak również luz mogą być łatwo dobrane przez fachowca w tej dziedzinie, w zależności od konkretnych w ymagań (np. wielkości badanych zwierząt).

Jak wspomniano powyżej, element wspornikowy 9 jest podłużnego kształtu z bliższym końcem 9a i dalszym końcem 9b. Trzy przykładowe kształty elementu wspornikowego 9 są przedstawione szczegółowo na fig. 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b.

Figury 3a i 3b pokazują wewnętrzny górny element 5 członu kolumnowego 2a, 2b odpowiednio w widoku z boku i w widoku perspektywicznym. W tym przykładzie wykonania element 5 jest rurką z przyłączoną poprzecznie na jednym z końców tuleją 7a, 7b i jest zaopatrzony w skalę, umożliwiającą

PL 224 680 B1 ustalenie wybranej wysokości pionowego członu 2a, 2b. Skala może być wykonana w dowolnej formie konwencjonalnej, np. jako seria wcięć, rowków lub dziurek itp. współpracujących ze śrubami blokującymi 6a, 6b umieszczonych w otworach mocujących zewnętrznego dolnego elementu 5'.

Figury 4a i 4b przedstawiają zewnętrzny dolny element 5' odpowiednio w widoku z boku i w widoku perspektywicznym z uwidocznieniem otworów mocujących.

Figury 5a, 5b i 5c przedstawiają element wspornikowy 9 o podłużnej osi Y, a także dwóch powierzchniach sprzęgających, z których jedna umieszczona jest na bliższym końcu 9a, a druga na da lszym końcu 9b. Powierzchnie sprzęgające są utworzone na lub są utworzone przez obszary końcowe 9a, 9b elementu wspornikowego 9 i są zasadniczo równoległe do osi Y. Ponadto, powierzchnie sprzęgające leżą w płaszczyznach tworzących kąt skrętu α o zakresie od 0° o 90° między sobą. Fig. 5c jest bardziej powiększonym widokiem z przodu elementu wspornikowego 9, na którym kąt α jest schematycznie zaznaczony. W przykładach wykonania pokazanych na fig. 5a, 5b i 5c element wspornikowy 9 jest przedstawiony w postaci blaszki o skręcie wokół jej środka o kąt α około 35°. Końce 9a i 9b są wyposażone w otwory 12a i 12b, przez które przechodzą środki mocujące. Korzystnie, otwory 12a i 12b mają gwint, a jako środki mocujące stosowane są śruby motylkowe.

Figury 6a i 6b przedstawiają element wspornikowy 9 w jego najprostszej formie, to jest jako płaską prostokątną blaszkę z otworem mocującym na każdym końcu. Kąt skrętu α wynosi 0°. Taki element wspornikowy 9 może być zastosowany, jeżeli możliwe jest umieszczenie ciała zwierzęcia w w ymaganej pozycji poprzez regulację pochylenia drążka mocującego 4 jedynie przez ustawienie odpowiednich wysokości członów kolumnowych 2a i 2b i regulację kąta obrotu drążka mocującego 4. Jednak zakres regulacji pochylenia drążka mocującego 4 jest ograniczony, w szczególności przez jego średnicę i średnicę wewnętrzną tulei 7a, 7b. W niektórych sytuacjach konieczna jest dalsza regulacja kąta, pod którym ciało zwierzęcia jest przymocowane do urządzenia 1. Z tego powodu, urządzenie według wynalazku może być zaopatrzone w zestaw wymiennych elementów wspornikowych 9, z których każdy ma powierzchnie sprzęgające, które tworzą między sobą różne kąty skrętu α, co umożliwia łatwe dalsze dostosowanie położenia zwierzęcia. Urządzenie 1 i zestaw wymiennych elementów wspornikowych 9 stanowią zespół według wynalazku.

Inny przykład wykonania elementu wspornikowego 9 jest pokazany na fig. 7a, 7b i 7c, w którym jest to pręt ze środkową częścią o przekroju kołowym i dwóch bilateralnie zagłębionych częściach na końcówkach łączących 9a, 9b zawierających płaskie powierzchnie sprzęgające. W tym przykładzie wykonania kąt skrętu α może również mieścić się w zakresie od 0° do 90°.

Na figurach 8a oraz 8b pokazano w rzucie z góry i widoku perspektywicznym przykład wykonania drążka mocującego 4. Jak można zauważyć, drążek mocujący 4 posiada kołowy przekrój poprzeczny i miejsce mocowania 4c pomiędzy jego końcami 4a, 4b. Kształt zagłębienia 4c jest przystosowany do połączenia z bliższym końcem 9a elementu wspornikowego 9. Oba końce 4a, 4b są zaopatrzone w skalę w celu regulacji kąta obrotu drążka mocującego 4. Skala może być wykonana w dowolnej postaci konwencjonalnej, na przykład jako seria wcięć, rowków lub dziurek itp. współpracujących ze śrubami blokującymi 8a, 8b umieszczonymi w tulejach 7a, 7b.

Zagłębienie 4c posiada otwór, korzystnie gwintowany, do którego wkłada się śrubę mocującą 10.

Urządzenie 1 według wynalazku może być dopasowywane odpowiednio do zwierzęcia, na którym prowadzony jest eksperyment, a szczególnie korzystnie do wielkości gryzoni laboratoryjnych. Jego główne elementy, to znaczy człony kolumnowe, struktury łączące, elementy wspornikowe są korzystnie wykonane z materiału, który jest wystarczająco sztywny, aby utrzymać zwierzę w zadanym położeniu, najlepiej ze stali nierdzewnej lub wysokiej jakości aluminium. Można również zastosować inne materiały spełniające powyższe wymagania.

Na figurze 9 przedstawiono widok perspektywiczny przykładu wykonania urządzenia 1 według wynalazku, z podłączonym do niego zwierzęciem. W odniesieniu do fig. 9, zostanie opisany poniżej przykład zastosowania opisanego przykładu urządzenia do unieruchomienia zwierząt w obrazowaniu mózgu przy użyciu mikroskopii dwufotonowej.

Podczas operacji implantacji okienka przezczaszkowego 13 element mocujący 14, np. nakrętka o odpowiednim rozmiarze, zostaje przymocowywany znanymi środkami do czaszki zwierzęcia. Jest on następnie mocowany do dalszego końca 9b elementu wspornikowego 9 za pomocą śruby przechodzącej przez otwór 12b, gdzie gwint śruby jest kompatybilny z nakrętką 14 na głowie zwierzęcia. N astępnie, drugi otwór 12a w przeciwległym bliższym końcu 9a elementu wspornikowego 9 jest mocowany do drążka mocującego 4 za pomocą sworznia 10, na przykład śruby motylkowej. Na fig. 9 pok azano płaski element wspornikowy 9, ale jeżeli jest wiele wariantów elementu wspornikowego 9 z róż8

PL 224 680 B1 nymi kątami skrętu α, wówczas w zależności od potrzeby procedury oraz kształtu zwierzęcia, na którym prowadzona jest praca, można dopasować inny element wspornikowy. Elementy wspornikowe 9 zawarte w zespole według niniejszego wynalazku mogą być wymieniane podczas procesu immobilizacji, w celu poprawy pozycji zwierzęcia.

Drążek mocujący 4 jest następnie wprowadzany do struktur łączących 7a i 7b. Wysokości regulowanych członów kolumnowych 2a oraz 2b zostają ustalone, a tym samym poprzeczny kąt (kąt sk osu) drążka mocującego 4 zostaje wybrany i zablokowany przy wartości zadanej lub ustalonej doświadczalnie, za pomocą skali umieszczonej na wewnętrznych elementach 5. Wydłużenie (wysokość) każdego członu kolumnowego 2a, 2b jest blokowane za pomocą śrub mocujących 6a, 6b, a na końcu optymalny kąt obrotu drążka mocującego 4 jest regulowany i blokowany w strukturach łączących 7a i 7b za pomocą śrub 8a, 8b. Na fig. 9 drążek mocujący 4 jest w pozycji poziomej.

Prawidłowe umieszczenie badanego zwierzęcia jest łatwo powtarzalne dla tego samego zwierzęcia w różnych punktach czasowych eksperymentu, ponieważ na członach kolumnowych 2a, 2b i drążku mocującym 4 znajdują się skale, a każdy element wspornikowy 9 jest oznaczony tak, że jego kąt skrętu α może być łatwo zidentyfikowany.

W razie potrzeby, głowa zwierzęcia może być dodatkowo wsparta przy użyciu podkładki, kocyka, klina lub innych dodatkowych materiałów zaznaczonych 15 na rys. 9, stosowanych pojedynczo lub w połączeniu. Mogą być one luźno umieszczone lub przymocowane do podstawy 3 lub urządzenia 1 tak, by podpierać część ciała zwierzęcia w pożądanym położeniu.

Jakość uzyskanych danych w znacznym stopniu zależy od prawidłowego umieszczenia okienka przezczaszkowego 13 względem obiektywu mikroskopu. Znalezienie miejsca obrazowania powinno być powtarzalne w różnych punktach czasowych. Najlepszym sposobem na wizualizację tkanki mózgowej w sposób powtarzalny jest umieszczenie okienka przezczaszkowego 13 równolegle do obiektywu i zachowanie dokładnie tej samej pozycji podczas kolejnych sesji wizualizacji. Urządzenie według wynalazku ułatwia regulację położenia głowy zwierzęcia we wszystkich osiach, pomiar i rejestrowanie pozycji optymalnej dla danego zwierzęcia, dostarczając środków do szybkiego uzyskania opt ymalnego unieruchamiania zwierzęcia w wielu sesjach.

Urządzenie według wynalazku może być łatwo dostosowane do dowolnego systemu mikrosk opu dwufotonowego dostępnego na rynku albo wykonanego na zamówienie. Z pewnymi modyfikacjami, w zależności od projektu doświadczenia, może być również stosowane do eksperymentów na prz ytomnych i aktywnych zwierzętach, które wymagają bardziej skomplikowanych stołów, bieżni lub aren. Regulowana wysokość członów kolumnowych umożliwia łatwe umieszczenie pod zwierzęciem poduszki, kocyka grzewczego lub ruchomej konstrukcji, takiej jak bieżnia.

Urządzenie do unieruchomienia ma wiele możliwości dostosowywania. Możliwe modyfikacje obejmują zastosowanie prowadnic, takich jak na pióro i wpust lub krzywkę wewnątrz kolumny, aby zapobiec obrotowi elementów pionowych. Kontrola i precyzja ruchu górnego koncentrycznego elementu względem dolnego koncentrycznego elementu może być zwiększona przez zastosowanie gwintu wewnątrz górnego koncentrycznego elementu i śruby wewnątrz dolnego koncentrycznego elementu tak, że przesunięcie może być sterowane przez obrót śruby. Jeśli okaże się to przydatne, cały proces może być zmechanizowany aby uzyskać łatwiejszą regulację ustawienia odpowiedniej pozycji zwierzęcia i ułatwić normalizację. Można to łatwo osiągnąć poprzez zainstalowanie małych silników połączonych z każdą ruchomą częścią urządzenia. Samo urządzenie może zawierać otwory gwintowane, kompatybilne ze standardowymi otworami montażowymi stołów mikroskopowych.

Urządzenie do unieruchamiania według wynalazku umożliwia łatwe dostosowanie urządzenia do stołów mikroskopowych oraz montaż dodatkowych akcesoriów, na przykład poideł, podajników karmy, dźwigni itp. Dodatki te mogą być użyte przy procedurach przeprowadzanych pod mikroskopem, takim jak stereoskop, mikroskop optyczny lub mikroskop fluorescencyjny, korzystnie mikroskop konfokalny, najbardziej korzystnie mikroskop dwufotonowy lub inny mikroskop zdolny do obrazowania in vivo. Urządzenie może być stosowane podczas zabiegów chirurgicznych i naukowych, a zwierzę może być uśpione lub nie.

Claims

1. Urządzenie (1) do unieruchamiania zwierzęcia w celu zbadania wybranego obszaru ciała zwierzęcia, które zawiera dwa pionowe człony kolumnowe (2a, 2b) przytwierdzone dolnymi końcami

PL 224 680 B1 do podstawy (3), przy czym wysokość członów kolumnowych (2a, 2b) jest regulowana niezależnie od siebie nawzajem i może być blokowana w wybranym położeniu, zaś urządzenie zawiera ponadto drążek mocujący (4) mający dwa końce (4a, 4b), z których każdy łączony jest w sposób umożliwiający rozłączenie z górnym końcem jednego członu kolumnowego (2a, 2b) za pomocą struktury łączącej (7a, 7b) umożliwiającej obracanie drążka mocującego (4) wokół jego osi wzdłużnej (X) i unieruchomienie go w wybranym położeniu kątowym, natomiast do drążka mocującego (4) przymocowany jest rozłącznie pomiędzy jego dwoma końcami (4a, 4b) podłużny element wspornikowy (9), który ma bliższy koniec (9a) przystosowany do rozłącznego mocowania do drążka mocującego (4) i dalszy koniec (9b) przystosowany do rozłącznego mocowania do ciała zwierzęcia.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element wspornikowy (9) rozciąga się poprzecznie do drążka mocującego (4) i ma oś podłużną (Y), a także dwie powierzchnie sprzęgające, jedną na bliższym końcu (9a) i drugą na końcu dalszym (9b), przy czym powierzchnie sprzęgające są zasadniczo równoległe do tej osi (Y) i leżą w płaszczyznach, które tworzą kąt skrętu (α) w zakresie od 0° do 90° między sobą.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy człon kolumnowy (2a, 2b) stanowi teleskopowy słupek składający się z przynajmniej dwóch zasadniczo koncentrycznych elementów (5, 5').

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że teleskopowe słupki są blokowane na wybranej, ustalonej pozycji w osi pionowej za pomocą trzpieni blokujących (6a, 6b), korzystnie śrub motylkowych.

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, albo 4, znamienne tym, że każda struktura łącząca (7a, 7b) jest utworzona przez wydrążoną tuleję przyłączoną poprzecznie do członu kolumnowego (2a, 2b), przy czym każdy koniec (4a, 4b) drążka mocującego (4) jest umieszczony wewnątrz tulei i jest utrzymywany w wybranym położeniu obrotowym za pomocą trzpienia blokującego (8a, 8b), k orzystnie śruby motylkowej, przechodzącej przez ściankę wydrążonej tulei.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że każda tuleja korzystnie ma średnicę wewnętrzną przystosowaną do pomieszczenia końca (4a, 4b) drążka mocującego (4) z luzem tak, że wysokości poszczególnych członów kolumnowych (2a, 2b) mogą być różne.

7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, albo 4, znamienne tym, że dolne końce członów kolumnowych (2a, 2b) są integralne z podstawą (3).

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element wspornikowy (9) jest elementem typu blaszki o spiralnym skręcie w jej środku, której powierzchnie sprzęgające stanowią obszary blaszki w pobliżu jej końców (9a, 9b).

9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element wspornikowy (9) stanowi pręt o przekroju kołowym w części środkowej, mający dwie bilateralnie spłaszczone części na końcach (9a, 9b), zawierające płaskie powierzchnie sprzęgające.

10. Urządzenie według zastrz. 1 albo 8, albo 9, znamienne tym, że element wspornikowy (9) jest mocowany do drążka mocującego (4) za pomocą trzpienia blokującego (10), korzystnie śruby motylkowej.

11. Urządzenie według zastrz. 2 albo 8, albo 9, znamienne tym, że kąt skrętu (α) między płaszczyznami, na których znajdują się powierzchnie sprzęgające wynosi od 20° do 35°.

12. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt (α) jest dobrany odpowiednio do położenia części ciała zwierzęcia przymocowanego do elementu wspornikowego (9) i do obszaru jego ciała, który jest badany.

13. Urządzenie według zastrz. 1 albo 7, albo 8, znamienne tym, że powierzchnie sprzęgające elementu wspornikowego (9) są zaopatrzone w otwory (12a, 12b) na środki mocowania, korzystnie otwory te są gwintowane, a środki mocowania stanowią śruby motylkowe.

14. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest dostosowane odpowiednio do zwierzęcia na którym prowadzona jest praca, a w szczególności do wielkości gryzoni laboratoryjnych.

15. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy urządzenia (1) są wykonane z materiału, który jest wystarczająco sztywny, aby utrzymać zwierzę w zadanym położeniu, przykładowo ze stali nierdzewnej lub wysokiej jakości aluminium.

16. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, albo 4, znamienne tym, że wysokość każdego członu kolumnowego (2a, 2b) jest skalowana w celu umożliwienia powtarzalnego pozycjonowania zwierzęcia.

17. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obrót drążka mocującego (4) wokół jego osi podłużnej (X) jest skalowany w celu umożliwienia powtarzalnego pozycjonowania zwierzęcia.

PL 224 680 B1

18. Zespół do unieruchamiania zwierzęcia w celu zbadania wybranego obszaru jego ciała, zawierający urządzenie określone dowolnym z zastrzeżeń 1-17 i kilka wymiennych elementów wspornikowych (9), przy czym w każdym elemencie wspornikowym (9) kąt skrętu (α) między płaszczyznami jego powierzchni sprzęgających jest inny.

19. Zastosowanie urządzenia określonego dowolnym z zastrzeżeń 1-17 do unieruchomienia zwierzęcia podczas zabiegu chirurgicznego lub innych procedur naukowych.

20. Zastosowanie według zastrz. 19, znamienne tym, że zwierzę jest znieczulone.

21. Zastosowanie według zastrz. 19 albo 20, znamienne tym, że procedura jest wykonywana pod mikroskopem lub stereoskopem, mikroskopem optycznym lub mikroskopem fluorescencyjnym, korzystnie z zastosowaniem mikroskopu konfokalnego, a najbardziej korzystnie z użyciem mikroskopu dwufotonowego, lub innego mikroskopu zdolnego do obrazowania in vivo.

22. Zastosowanie według zastrz. 19 albo 20, znamienne tym, że procedura jest wykonywana na głowie zwierzęcia, korzystnie na mózgu, w szczególności przez okno przezczaszkowe (13).

23. Sposób unieruchomienia zwierzęcia za pomocą urządzenia określonego dowolnym z zastrzeżeń 1-17 w celu zbadania wybranego obszaru zwierzęcia, które posiada element mocujący (14) przymocowany w pobliżu wspomnianego wybranego obszaru jego ciała, który to sposób obejmuje następujące etapy:

- połączenie powierzchni sprzęgającej na dalszym końcu (9b) elementu wspornikowego (9) z elementem mocującym (14) przymocowanym do ciała zwierzęcia;

- połączenie powierzchni sprzęgającej na bliższym końcu (9a) elementu wspornikowego (9) z drążkiem mocującym (4);

- umieszczenie końców (4a, 4b) drążka mocującego (4) w odpowiednich strukturach łączących (7a, 7b);

- regulacja i zablokowanie wysokości każdego członu kolumnowego (2a, 2b), a także kąta obrotu drążka mocującego (4) zależnie od rozmiaru i kształtu zwierzęcia tak, by wybrana część ciała zwierzęcia znalazła się w pozycji umożliwiającej realizację procedury.

24. Sposób unieruchamiania zwierzęcia za pomocą zespołu określonego zastrzeżeniem 18, w celu zbadania wybranego obszaru ciała zwierzęcia, zaopatrzonego w element mocujący (14) przymocowany blisko wymienionego wybranego obszaru jego ciała, który to sposób obejmuje następujące etapy:

- wybór elementu wspornikowego (9) o odpowiednim kącie skrętu (α) i podłączenie go do drążka mocującego (4);

- regulacja i ustalenie wysokości każdego członu kolumnowego (2a, 2b), a także kąta obrotu drążka mocującego (4) zależnie od rozmiaru i kształtu zwierzęcia tak, by wybrana część ciała zwierzęcia znalazła się w pozycji umożliwiającej realizację procedury.

25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej jednokrotną wymianę elementu wspornikowego (9) na inny element wspornikowy (9) o innym kącie skrętu (α), w celu poprawy położenia wybranej części ciała zwierzęcia.

26. Sposób według zastrz. 23 albo 24, znamienny tym, że wybrana część ciała zwierzęcia jest ustawiona w sposób umożliwiający dostęp do okienka przezczaszkowego w celu realizacji procedur na mózgu zwierzęcia, korzystnie pod mikroskopem, najbardziej korzystnie obrazowania za pomocą mikroskopu dwufotonowego.