小鼠经颅直流电刺激（tDCS）

摘要

经颅直流电刺激（tDCS）是一种用于治疗精神疾病的研究性治疗技术。建立动物模型对于理解tDCS所引发的特定生物学改变至关重要。本方案描述了一种采用慢性植入电极的小鼠tDCS模型。

摘要

经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性神经调节技术，被提出作为多种神经精神疾病的一种替代或辅助治疗方法。tDCS 的生物学效应尚未完全阐明，部分原因在于难以获取人脑组织样本。本方案描述了一种使用慢性植入电极的小鼠 tDCS 模型，可用于研究 tDCS 长期存在的生物学效应。在此实验模型中，tDCS 可改变皮层基因表达，从而为理解其治疗应用的科学依据提供了重要贡献。

引言

经颅直流电刺激（tDCS）是一种非侵入性、低成本的治疗技术，通过使用低强度持续电流来实现神经元调节¹。目前tDCS有两种配置方式（阳极和阴极）。尽管阳极刺激产生的电场强度过弱而无法引发动作电位，但电生理学研究已表明该方法可引起突触可塑性的改变²。例如，有证据显示tDCS可诱导出类似长时程增强（LTP）的效应，如兴奋性突触后电位峰值幅度增加^3,4，以及皮层兴奋性的调节⁵。

相反，阴极刺激可诱导抑制效应，导致膜电位超极化⁶该机制的假设基于生理学研究发现，即tDCS被证实可调节神经元胞体的动作电位频率和持续时间³值得注意的是，这种效应并不直接引发动作电位，但可改变去极化阈值，从而促进或抑制神经元放电。⁷这些相反的作用此前已有报道。例如，阳极和阴极刺激在记录到的条件反应中产生了相反的效果 通过 家兔的肌电图活动⁸然而，研究也表明，长时间的阳极刺激可能会降低兴奋性，而增加阴极电流则可能提高兴奋性，表现出自相矛盾的效果

方案

使用单独饲养的雄性成年（8-12周龄）C57BL/6小鼠进行本实验。实验前后及实验过程中均对动物给予适当护理，并提供食物和水 随意摄取 所有实验程序均经米纳斯吉拉斯联邦大学动物伦理委员会批准 （方案编号 59/2014）

1. 电极放置

1. 将动物麻醉并固定于立体定位仪上
   1. 对所有必要的手术器械进行灭菌。
      注意：手术器械在440 °C下灭菌3分钟。棉签在121 °C、20 psi（磅/平方英寸）条件下高压灭菌20分钟。
   2. 将热平台控制器调节至 37 °C。
   3. 称重动物并计算合适的麻醉诱导剂量。腹腔注射给予氯胺酮和赛拉嗪混合物，剂量为每千克体重100 mg氯胺酮和8 mg赛拉嗪（针头规格：31 G）。动物应在2至3分钟内入睡。
   4. 使用电动剃须刀或剃刀剃除手术区域的毛发。
   5. 将动物放置于预热的加热板上的立体定位仪中。
   6. 固定动物头部，并将耳棒尖端插入动物两侧耳道，以将其固定在立体定位仪平台上。
   7. 通过缓慢调整动物头部位置，确认无横向头部偏移且垂直方向移动极小。
   8. 轻轻将麻醉面罩滑至小鼠鼻部，并通过拧紧螺丝将其固定。
   9. 将异氟烷浓度设定为1%，氧流量为1.0 L/min₂.

结果

该手术方案实现了至少一个月的长期植入稳定性，在刺激部位未观察到炎症信号或其他不良反应。所有动物均成功存活手术及经颅直流电刺激（tDCS）过程（n = 8）。本实验中，tDCS植入物被放置于M1和M2皮层区域（前囟前后向+1.0 mm，左右向0.0 mm）。一周后，对tDCS组（n = 3–4）和假刺激组（n = 3）小鼠连续5天每天进行10分钟、0.35 mA的刺激。记录接触质量（CQ）值以评估植入物的可用性，在为期5天的刺激过程中，各组之间未发现显著差异。图3A）。通过使用该动物模型，可通过评估脑源性神经营养因子（BDNF胶质纤维酸性蛋白 (GFAP）。两者 BDNF 和 GFAP 与假刺激组相比，植入物下方皮层区域的mRNA水平显著升高。tDCS对基因表达的影响似乎仅限于特定基因，因为活性调节细胞骨架相关蛋白（ARC）以及突触素1（synapsin 1）SYN1）基因未发生改变（

讨论

近年来，神经刺激技术作为治疗神经精神疾病的一种前景广阔的手段，正逐步进入临床实践²³。为了减轻因对神经刺激机制了解不足所带来的限制，本文介绍了一种携带可靶向脑区电极的经颅直流电刺激（tDCS）小鼠模型。由于该电极可长期植入，此动物模型可用于研究tDCS在复杂刺激模式下诱导的持久生物学效应（至少持续1个月）。所述tDCS动物模型具有较高的植入耐受性，若操作得当，感染风险极低。总体而言，植入手术步骤简便快捷（每只动物约30分钟）。该tDCS模型的另一优势在于，能够实时监测电极接触质量以及实际的电流刺激值。

该动物模型的主要缺点在于植入物在小鼠颅骨上的正确固定。手术过程中，必须以确保动物头部无法发生侧向移动的方式固定其头部（仅允许垂直方向的移动）。这将保证动物头皮与植入物基底完全对齐，从而实现与牙科水泥的牢固固定，并提高对目标区域调控的精确性。切口必须足够大以容纳植入物，某些tDCS植入物可能需要更大的切口。使用由皮下注射针头制成的两到四个手术钩可增加水泥粘结面积，但应避免将钩子放置在过于靠近动物眼睛的位置，以防造成损伤。轻柔刮擦头皮有助于.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
BD Ultra-Fine 50U 注射器	BD	10033430026	用于腹腔注射。
剃须刀（Philips Multigroom）	飞利浦（巴西）	QG3340/16	用于手术部位修剪。
<强>外科器械
Model 940 小动物立体定位仪配数字显示控制台	KOPF	940	用于动物手术中的固定与体位摆放。
Model 922 60度尖端非穿刺耳杆	KOPF	922	用于动物手术中的固定与体位安置。
导管固定器	KOPF	1766-AP	用于植入定位。
带支架臂的精密立体变焦双目显微镜（III）	WPI	PZMIII-BS	用于确定前囟位置和植入物定位。
温度控制系统模型	KOPF	TCAT-2LV	用于动物体温控制。
冷光源	WPI	WA-12633	对于局部亮度
带废气清除功能的台式实验动物麻醉系统	VetEquip	901820	用于异氟烷输送与安全防护。
VaporGuard 活性炭吸附滤芯	VetEquip	931401	递送系统安全措施
Model 923-B 小鼠气体麻醉头部固定器	KOPF	923-B	用于动物固定和 O2 和异氟烷输送。
氧气调节器，E型气瓶	VetEquip	901305	对于 O2 调控与递送
氧气管 – 绿色	VetEquip	931503	对于 O2 和异氟烷输送。
红外线灭菌器 800 ºC	Marconi	MA1201	用于仪器灭菌。
<强>手术器械
精细剪刀 - ToughCut	精细科学工具	14058-11	用于切口。
手术钩	INJEX	1636	自制 - 用于清除手术部位的皮肤和毛发。
标准镊子或钳子	-	-	用于抓取皮肤。
<强>外科耗材
Vetbond	3M	SC-361931	用于切口闭合。
水泥和催化剂套装（Duralay）	依赖性	2OZ	用于植入物固定。
无菌棉签（已高压灭菌）	JnJ	75U	用于手术部位的消毒。
24孔板（组织培养板）	SARSTEDT	831,836	用于水泥制备。
应用刷	Parkell	S286	用于水泥混合与应用。
<强>药剂学
赛拉嗪（ANASEDAN 2%）	Ceva Pharmaceutical（巴西）	P10160	用于麻醉诱导。
氯胺酮（DOPALEN 10%）	Ceva Pharmaceutical（巴西）	P30101	用于麻醉诱导。
异氟烷（100%）	克里斯特á中国台湾	100 mL	用于维持麻醉。
利多卡因（XYLESTESIN 5%）	Cristal Pharma	-	用于术后护理。
酮洛芬（PROFENID 100 mg）	赛诺菲安万特	20 mL	用于术后护理。
乳酸林格氏液	SANOBIOL 实验室	7898153652145	用于术后护理。
托百士地塞米松（地塞米松 1 mg/g）	Alcon	631	用于眼部润滑与保护。
<强>刺激
动物经颅刺激器	Soterix Medical	2100	适用于当前世代。
针型电极夹持器（圆柱形夹持器底座）	Soterix Medical	2100	电极支撑架（植入物）
针型电极（Ag/AgCl）	Soterix Medical	2100	用于电流传递（电极）。
针型电极帽	Soterix Medical	2100	用于植入物保护。
体表电极（镀银/氯化银）	Soterix Medical	2100	用于电流输送（电极）。
生理盐水（0.9%）	FarmaX	7896902206441	电流传递用导电介质
标准镊子或钳子	-	-	用于 tDCS 设置。
<强>实时聚合酶链式反应
伯乐CFX96实时系统	BioRad	C1000	用于 qPCR
SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix（5 × 1 mL）	伯乐（BioRad）	1725271	用于qPCR
硬壳 PCR 板 PCT COM 50 个/ CFX96	伯乐（BioRad）	HSP9601	用于 qPCR
微密封 "B" 密封百分比 c/100	BioRad	MSB1001	用于qPCR