电点燃VGAT-CRE小鼠电极的制备和植入，以生成颞叶癫痫模型
August 17th, 2021
本报告描述了基于转基因VGAT-Cre小鼠的电点燃生成颞叶癫痫模型的方法。点燃的VGAT-Cre小鼠可能有助于确定导致癫痫的原因和筛选新疗法。
该协议为颞叶癫痫生成了一个新的模型，其中小鼠发生了自发性癫痫发作，并且对于探索癫痫发生的机制以及筛选新疗法非常有用。VGAT-Cre小鼠的这一程序可靠地导致自发复发的脑电图和运动和运动复合癫痫发作，而不会引起广泛的海马细胞死亡，这通常在化学惊厥药或连续电刺激引发癫痫持续状态后出现。要开始制作耳机，请切割 3.5 厘米长的聚四氟乙烯涂层不锈钢线，并从电线的两端剥离约 1 毫米的绝缘涂层。
将两个销钉放在虎钳支架上，销钉的底部有一个朝下的较长狭缝。然后，将助焊剂涂在电线的剥皮端和引脚的顶部。用足够的焊料对电线的剥离部分和引脚顶部进行镀锡，使其涂覆而不会溢出到侧面。
在焊料熔化时，将电线的剥皮端之一尽可能深地放入引脚中。对第二个引脚重复此过程，将电线的另一端剥去。冷却引脚并焊接 10 秒钟后，从副支架上取下引脚，然后拉到引脚上，以确保电线和引脚之间的连接牢固且固定。
用冷水冲洗针脚，然后干燥。稍后，使用欧姆表验证引脚 1 和引脚 2 之间的电导。将电线末端的引脚放在一起，以使它们平行并闭合。
将止血器夹在电线的中心并旋转止血器以将电线紧紧地缠绕在自身周围。取下止血器后，将镊子夹在针脚下方两毫米处的绞线上，以 90 度弯曲线。将电线推回镊子上 90 度，在距离第一个镊子 1 毫米处再产生一个弯曲。
使用小而锋利的剪刀在弯曲下方 45 度和 3.5 毫米处剪断绞线。为每个耳机准备两个双极或双针扭曲电极。要准备一个参比电极，请将两端焊接引脚的导线切成两端。
然后，以 7 毫米处切割电线，并在尖端下方 1 毫米处弯曲电线末端。用镊子盖住弯曲的一毫米的电线尖端，并将电线紧紧地旋转在镊子周围，以形成一个直径为一毫米的小环。然后，垂直于电线的直线部分弯曲环，使线尖再次向外指向。
将所有电极并排组装到六针基座中，两个双极电极之间的距离为 6 毫米。将参比电极放在中间的外孔中。在进行手术之前，记录八周龄VGAT-Cre小鼠的体重。
然后，将动物置于诱导室中以诱导麻醉。将麻醉的小鼠放在37摄氏度的加热垫上。如果使用反馈控制的温度系统，请将温度探头插入动物的直肠，以便在手术过程中进行温度监测。
要开始手术，将吸入麻醉流重定向到鼻锥，并通过轻轻地将前上牙放入门牙杆并将锥体移动到其鼻子上，将动物安装在立体定位框架中。然后，将耳杆放入耳朵并固定在立体定位框架上。确保动物的头部水平并居中，并且在轻微探入时不能移动。
一旦动物被安装，将0.5毫升Normosol注射到小鼠身上进行水合作用，并涂抹眼部润滑剂以防止角膜干燥。通过捏住后肢爪来监测麻醉深度。如果动物没有退出反射，则继续去除手术区域周围的小鼠头皮毛发。
完成后，用乙醇和碘交替施用清洁的皮肤区域三次，最后用碘，皮下注射0.05毫升0.25%布比卡因。用手术刀在头骨上切开一个切口，然后用手术剪刀切掉一部分皮肤，露出头骨。在用棉签清洁所有下层组织的颅骨之前，将皮肤推到一边。
使用无菌棉签用过氧化氢清洁头骨，并使颅骨缝合线、前膛和λ可见。使用立体定位安装的钻头，将钻尖移动到零 X、Y 和 Z 坐标的 bregma 上。然后，抬起钻头并将其移动到λ以确定其坐标以确定头部是否水平。
彻底干燥颅骨后，用涂抹器涂抹一滴自蚀牙科粘合剂。等待 60 秒，然后用牙科紫外线灯固化牙科粘合剂 40 秒。光滑的表面表明粘合剂已与头骨有效交联。
在 0.031 英寸钻头的帮助下，小心地以每分钟 5， 000 转或 RPM 的速度在颅骨中双向钻两个毛刺孔，避免钻入大脑。滴盐水以增强毛刺孔的钻孔。对于海马深度电极的植入，在距前膛后 3 毫米和横向 3 毫米处钻孔。
在λ后面的小脑上方钻一个毛刺孔，用于参比电极，距离前膛后方6毫米，外侧0毫米处。接下来，将带有组装电极的六针底座安装到立体定位框架上的电极支架中。通过将电极对准相应的毛刺孔上方，缓慢降低并导航耳机，将两个双极电极尖端定位在左侧和右侧海马毛刺孔的正上方，如果需要，调整参比电极以悬停在小脑上方的孔上方。
当海马扭曲电极位于孔正上方时，将 Z 轴归零并缓慢降低电极到左右海马体的负三毫米，并将参比电极引导到小脑上方的孔中。通过在搅拌碗中混合粉末和液体来制备牙科水泥。然后，用牙科水泥覆盖颅骨表面、电极以及颅骨表面和基座底部之间的空间。
水泥干燥并硬化后，将电极支架从立体定位臂上拆下，抬起臂，然后将支架从基座上取下。用酮洛芬和诺莫索皮下施用小鼠后，将动物从立体定位框架中取出，将动物移动到动物饲养笼中的加热垫上。一旦完全清醒，将单个动物送回动物笼，用软食物喂养动物，并在手术后 72 小时内每天监测体重减轻情况。
在代表性的小提琴图中，显示了小鼠对点燃状态标准所需的刺激次数。小鼠通常在15次刺激后达到点燃状态或经历五次双侧强直阵挛运动发作。发现自发性反复癫痫发作（SRS）的潜伏期为10.7，癫痫发作的平均频率为每天1.3次癫痫发作。
可靠的SRS分布显示小鼠癫痫约23天。在代表性图像中，可以看到海马体和内嗅皮层各个亚领域中抗NeuN阳性神经元或神经元死亡的数量。让两个双极电极顺利进入两个毛刺孔非常重要，因此它们需要位于毛刺孔的正上方。
而且，在取下电极支架之前，仔细涂抹牙科水泥并让它完全硬化也很重要。这种技术使我们能够生成癫痫小鼠，并同时通过脑电图记录和视频记录连续监测它们。通过我们所做的实验，我们可以测试新的治疗策略，如基因治疗，以减少癫痫发作的频率、持续时间和严重程度。
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概述
本文描述了一种使用VGAT-Cre转基因小鼠生成新的颞叶癫痫模型的协议。该研究侧重于通过观察点燃小鼠的自发性发作来理解癫痫发生机制并评估新型治疗方法。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 癫痫研究
- 转基因动物模型
背景
- 颞叶癫痫是一种以反复发作为特征的慢性神经系统疾病。
- 当前的模型常常导致广泛的海马细胞变性，使癫痫研究复杂化。
- VGAT-Cre小鼠模型提供了一种在没有如此广泛神经元损失的情况下研究该疾病的机会。
- 理解癫痫背后的机制可以帮助开发有效的治疗方法。
研究目的
- 生成可重复的颞叶癫痫模型。
- 探索导致自发性发作的机制。
- 评估癫痫的治疗策略。
使用的方法
- 研究利用转基因VGAT-Cre小鼠通过电刺激点燃方法诱导癫痫。
- 点燃过程被执行以促进自发性、反复的发作，同时最大限度地减少海马损伤。
- 详细描述了电极植入的手术协议和麻醉程序。
- 进行电图监测以评估模型的有效性。
主要结果
- 该程序可靠地产生自发的电图和运动发作。
- 与其他方法相比，该模型显示出最小的海马细胞死亡，保留了神经元的完整性。
- 电生理记录表明具有特征性的发作活动，验证了模型在癫痫研究中的相关性。
结论
- 本研究提出了一种颞叶癫痫的稳健模型，有助于理解发作机制。
- 该模型适用于筛选新的治疗策略，而不会因显著的海马损失而产生混淆因素。
- 研究结果有助于更好地理解癫痫的病理生理学和潜在的干预措施。
常见问题
Executive Industry Relevance
This protocol establishes a robust preclinical model for temporal lobe epilepsy that enables mechanistic de-risking of antiepileptogenic compounds by minimizing confounding hippocampal neurodegeneration. The model supports target validation through reliable induction of spontaneous recurring seizures, facilitating predictive confidence in therapeutic screening. It addresses a critical gap in epilepsy drug discovery by providing a disease-relevant system with translational biomarker alignment for preclinical evaluation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of epileptogenesis mechanisms through spontaneous seizure induction without extensive neuronal loss.
- Operational Value: Provides a reproducible system for validating GABAergic pathway targets via VGAT-Cre disruption.
- Predictive Value: Supports target confidence by modeling temporal lobe epilepsy with preserved neuronal integrity for mechanism-based hypothesis testing.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable electrographic and motor seizure endpoints for compound evaluation.
- Operational Value: Standardizes stimulation parameters (pulse duration, frequency, train duration, current) for assay reproducibility.
- Screening Readiness: Delivers consistent kindling progression (typically 15 stimulations to kindled state) enabling high-throughput therapeutic screening.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Models spontaneous recurring seizures with latency of 10.7 days and frequency of 1.3 seizures/day for chronic phenotype assessment.
- Operational Value: Supports longitudinal monitoring via simultaneous EEG and video recording for sustained efficacy evaluation.
- Translational Alignment: Preserves hippocampal neuronal populations, enhancing relevance to human temporal lobe epilepsy pathophysiology.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the epilepsy discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling seamless progression from mechanistic insight to therapeutic candidate assessment.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of epileptogenic pathways via controlled electrical kindling in VGAT-Cre mice.
- Screening: Delivers assay-ready standardized electrophysiological outputs for compound library screening.
- Analytics: Provides quantitative seizure metrics (latency, frequency, duration) for dose-response and target engagement analysis.
- Translational Research: Connects to preclinical validation through chronic spontaneous seizure modeling without confounding neurodegeneration.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical and stimulation platform for longitudinal epilepsy model maintenance and compound testing cycles.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduced mechanistic ambiguity from hippocampal preservation.
- Operational Value: Standardized electrode implantation and kindling protocol ensure inter-lab reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by isolating antiepileptogenic effects from neurotoxic confounders.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on seizure suppression efficacy in a clinically relevant model.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrode fabrication, and intracranial implantation techniques.
- Dependent on stereotaxic frames, dental cement curing systems, and electrophysiological recording equipment.
- Necessitates cross-team standardization of kindling parameters and seizure scoring criteria between surgery and phenotyping teams.
- Adaptation considerations include electrode placement verification for hippocampal targeting across mouse strains and ages.
- Practical limitations include postoperative weight monitoring requirements and survival surgery aseptic technique demands.
