我们描述了一种用于评估急性深部脑刺激诱导的代谢性神经调节的临床前实验方法 体内 FDG-PET。本论文包含所有实验步骤，从立体定位手术到刺激治疗的实施，以及PET图像的采集、处理与分析。
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本文内容
摘要
摘要
脑深部电刺激（DBS）是一种侵入性神经外科技术，通过向参与患者病理生理过程的脑结构施加电脉冲发挥作用。尽管DBS已有较长的应用历史，但其作用机制和适宜的治疗方案仍不明确，凸显出开展相关研究以解决这些难题的必要性。在此背景下，评估 体内 利用功能成像技术研究深部脑刺激（DBS）效应是确定刺激对脑动态影响的有力策略。本文介绍了一种针对临床前模型（Wistar大鼠）的实验方案，并结合纵向研究18采用氟-18标记的脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（FDG-PET）评估深部脑刺激（DBS）对脑代谢急性效应的方法被描述。首先，动物接受立体定向手术，将电极双侧植入前额叶皮层。每只动物术后均接受计算机断层扫描（CT），以确认电极位置。术后一周恢复后，对每只手术动物在未刺激状态下进行首次静态FDG-PET扫描（D1），两天后（D2）在刺激状态下进行第二次FDG-PET扫描。为此，在给予动物FDG后，将电极连接至隔离式刺激器，使动物在FDG摄取期间（45分钟）持续接受刺激，从而记录DBS对脑代谢的急性影响。鉴于本研究具有探索性质，FDG-PET图像采用基于D1与D2研究配对t检验的体素水平分析方法进行分析。总体而言，DBS与影像学研究的结合有助于描述神经调控对神经网络的影响，最终推动揭示DBS相关难题。
引言
神经刺激这一术语涵盖了一系列旨在以治疗为目的刺激神经系统的不同技术1。其中，深部脑刺激（DBS）是临床实践中应用最广泛的神经刺激策略之一。DBS通过立体定向手术将电极植入脑内特定靶区，由直接植入患者体内的神经刺激器发出电脉冲，对深部脑核团进行刺激。评估DBS在不同神经及精神疾病中应用可行性的研究文章数量持续增长2，但目前仅部分适应证获得美国食品药品监督管理局 （FDA）批准（即：原发性震颤、帕金森病、肌张力障碍、强迫症以及药物难治性癫痫）3。此外，目前还有大量脑靶点和刺激方案正在研究中，可用于治疗远超已批准适应证的多种疾病，但尚无任何方案被公认为确定性治疗。DBS在研究和临床应用中的这些不一致性，可能部分源于对其作用机制尚未完全阐明4。因此，科研人员正投入巨大努力以解析DBS对脑功能动态的in vivo影响，因为任何进展，无论多么微小，都将有助于优化DBS治疗方案，提高治疗成功率。
在这一背景下，分子成像技术为直接观察深部脑刺激（DBS）的体内神经调节效应提供了窗口。这些方法不仅能够在施加DBS的同时评估其影响，还有助于揭示其效应的本质，预防不良副作用并促进临床改善，甚至可根据患者需求调整刺激参数5
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方案
实验动物操作遵循欧洲共同体理事会指令2010/63/EU，并经格雷戈里奥·马拉尼翁医院动物实验伦理委员会批准。实验方案的图示摘要见图1A。
1. 通过活体神经影像学进行脑部靶点定位
- 动物准备
注：使用体重约300 g的雄性Wistar大鼠。- 将动物放入麻醉诱导箱中，并密封顶盖。
- 打开七氟烷蒸发器（诱导时使用5%七氟烷，100% O₂）2）。当大鼠麻醉后，将气体流量切换至鼻罩。通过夹捏大鼠足掌确认麻醉状态。
- 将动物仰卧置于CT检查床上，维持七氟烷麻醉（以100%氧气中3%浓度维持）2).
- CT成像
注意：电流、电压、投影数、拍摄次数和体素分辨率的选择取决于CT扫描仪。此处采用以下参数：340 mA、40 kV、360个投影、8次拍摄和 200 µm 分辨率被使用7,8,9.- 将面罩或鼻锥固定在大鼠上。
- 用丝带将大鼠的头部、肩部、髋部和尾部固定，以提供足够的....
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结果
动物使用 CO2 研究结束时或动物福利受到损害时。图中展示了一只手术后动物完整的PET/CT研究结果。 图3因此，可以清晰地在CT图像中观察到插入大鼠脑内的电极 图 3A该成像方式可提供良好的解剖学信息，并有助于FDG-PET图像的配准，因为功能成像模式通常比结构图像更模糊图3A，B）。此外，还展示了同一动物的FDG-PET图像与CT图像的融合图像 图3C.
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讨论
鉴于对大脑功能及神经精神障碍病理生理学中所涉神经网络的理解不断深入，越来越多的研究开始认识到脑深部电刺激（DBS）在多种神经系统相关疾病中的潜在应用价值2然而，该疗法的作用机制仍不明确。尽管已有多种理论试图解释在特定病理状态和刺激条件下所获得的效果，但这些研究方案的异质性使得得出明确结论极为困难。4因此，尽管付出了巨大努力，学界仍未能达成真正共识，但接受DBS干预的患者数量却持续增长18然后，理解脑深部电刺激（DBS）在大脑中的影响 体内 将有助于揭示哪些刺激参数和刺激方案更符合每位患者的具体需求，从而提高治疗成功率。在此背景下，无创功能神经影像技术（如FDG-PET）对于阐明电刺激直接影响下大脑内部实际发生的变化至关重要。例如，在本文所述的纵向研究方案中，脑深部电刺激（DBS）在D2期PET显像的放射性示踪剂摄取期间持续给予。因此，通过比较D2（DBS-ON）与D1（DBS-OFF）期的PET影像，可实现对受电刺激调控的脑区进行可视化分析 体内，因为 .......
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披露
作者声明，本文不存在任何利益冲突。
致谢
我们感谢Christine Winter教授、Julia Klein、Alexandra de Francisco和Yolanda Sierra在本研究所述方法的优化过程中提供的宝贵支持。 MLS 得到了以下支持： 西班牙科学与创新部，卡洛斯三世健康研究所（项目编号 PI17/01766） 以及资助编号 BA21/0030） 由欧洲区域发展基金（ERDF）共同资助， "一种推动欧洲发展的方式"；CIBERSAM（项目编号 CB07/09/0031）；国家药物计划政府代表处（项目编号 2017/085）；马普弗基金会；以及阿丽西亚·科普洛维茨基金会。 MCV 得到了 Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno 的资助，作为该机构的奖学金获得者，并获得了欧盟联合规划—神经退行性疾病研究（JPND）的支持。DRM 得到了马德里自治区教育与研究理事会的资助，该资助由欧洲社会基金共同资助。 "投资你的未来" （资助编号 PEJD-2018-PRE/BMD-7899）。NLR 得到格雷戈里奥马腊尼翁健康研究所（Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañó....
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 7-特斯拉 Biospec 70/20 扫描仪 | Bruker, Germany | SN0021 | 用于小动物成像的磁共振成像扫描仪 |
| 贝泰碘（Betadine） | Meda Pharma S.L., Spain | 644625.6 | 碘溶液（聚维酮碘） |
| 宝雅 IL 11 | Beurer | SN87318 | 红外光源 |
| 双极电缆 50 厘米，带 50 厘米网状屏蔽，总长可达 100 厘米 | Plastics One, USA | 305-305 (CM) | |
| 双极电缆 TT2 50 厘米，总长可达 100 厘米 | Plastics One, USA | 305-340/2 | 双极电缆 TT2 50 厘米，总长可达 100 厘米 |
| 布普诺啡（Buprex） | Schering-Plough, S.A | 961425 | 布托啡诺（镇痛药） |
| 头孢曲松 Reig Jofré 1g 肌内注射 | Laboratorio Reig Jofré S.A., Spain | 624239.1 | 头孢曲松（抗生素） |
| 换向器 | Plastics One, USA | SL2+2C | 用于深部脑刺激的四通道换向器 |
| 同心双极铂铱电极 | Plastics One, USA | MS303/8-AIU/Spc | 用于深部脑刺激的电极 |
| 钻机 | Bosh | T58704 | 钻机 |
| 氟代脱氧葡萄糖（FDG） | Curium Pharma Spain S.A., Spain | ----- | 2-[18F]氟代-2-脱氧-D-葡萄糖（正电子发射断层扫描放射性示踪剂） |
| 加热垫 | DAGA, Spain | 23115 | 加热垫 |
| 氯胺酮（Ketolar） | Pfizer S.L., Spain | 776211.9 | 氯胺酮（麻醉药物） |
| 利波拉西 2 毫克/克 | Bausch & Lomb S.A, Spain | 65277 | 眼科润滑凝胶 |
| MatLab R2021a | The MathWorks, Inc | SPM12 支持软件 | |
| MRIcro | McCausland 脑成像中心， 南卡罗来纳大学，美国 | v2.1.58-0 | 用于影像预处理与分析的软件 |
| 多模态工作站（MMWKS） | BiiG, Spain | 用于影像处理与分析的软件 | |
| Omicrom VISION VET | RGB Medical Devices, Spain | 731100 ReV B | 用于小动物成像的心肺监护仪 |
| Prevex 棉签 | Prevex, Finland | ----- | 棉签 |
| 异氟烷（Sevorane） | AbbVie Spain, S.L.U, Spain | 673186.4 | 七氟烷（吸入性麻醉剂） |
| 小型螺钉 | Max Witte GmbH | 1.2 x 2 DIN 84 A2 | 小型螺钉 |
| 标准U型框架立体定位仪（大鼠用，18°耳杆） | Harvard Apparatus, USA | 75-1801 | 双臂式大鼠立体定位仪 |
| 统计参数映射（SPM12） | 惠康人类神经影像中心，伦敦大学学院神经病学研究所，英国 | SPM12 | 用于体素水平影像分析的软件 |
| STG1004 | Multi Channel Systems GmbH, Germany | STG1004 | 隔离式刺激器 |
| SuperArgus PET/CT 扫描仪 | Sedecal, Spain | S0026403 | 用于小动物成像的 NanoPET/CT 扫描仪 |
| 带针缝合线，1/º | Lorca Marín S.A., Spain | 55325 | 编织天然丝不可吸收缝合线 1/0，配三角针 |
| Technovit 4004（粉末和液体） | Kulzer Technique, Germany | 64708471; 64708474 | 用于开颅术固定的丙烯酸牙科水泥 |
| Wistar 大鼠（Rattus norvergicus） | Charles River, Spain | 动物饲养设施 | 所使用的动物模型 |
| 赛拉嗪（Xylagesic） | Laboratorios Karizoo, A.A, Spain | 572599-4 | 赛拉嗪（麻醉药物） |
| 诺蒙 S.A., Spain | 602910 | 用于局部使用的甲哌卡因凝胶 |
参考文献
- Gildenberg, P. L. Neuromodulation: A historical perspective. Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).
- Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.
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