使用双极电极通过电点燃杏仁核创建颞叶癫痫小鼠模型
June 29th, 2022
杏仁核在颞叶癫痫中起关键作用，颞叶癫痫起源于该结构并从该结构传播。本文详细介绍了具有记录和刺激功能的深部脑电极的制造。它介绍了源自杏仁核的内侧颞叶癫痫模型。
该协议提出了一种以杏仁核为起源的癫痫模型。它为研究内侧颞叶结构铺平了道路。该模型可以解释为实验的基础。
由于该协议是一种低成本和有效的方法，因此可以在大多数实验室中快速进行。演示该程序的将是我们实验室的研究生Yongchang Lu。首先收集预先准备好的组件，从两厘米长的特氟龙涂层钨丝开始，轴承直径为76.2微米。
一根轴承直径为127微米的相同长度的银线和一套两乘两号的绳针。使用打火机燃烧每根钨丝的一端，以去除五毫米的绝缘涂层。剥下一段超细多股线。
从底部到上端展开，在那里它开始变黑，继续到顶部。通过捏住一端并轻轻扭动另一端，将这种超细线和钨丝结合起来，使两种材料可以轻松地缠绕在一起。轻轻拉动以确保电线缠绕紧并切断多余的超细电线。
在整个过程中尽量保持钨丝笔直。将绳销固定在焊接台上的夹子上，销的较长一侧朝外。使用注射器针头捡起一些焊膏并将其涂在引脚上。
将焊枪加热至 320 摄氏度。用割炬尖端熔化并涂抹一些无铅锡丝。将钨丝的上端与绳针的一根针重叠，并使用割炬上的焊料将钨丝粘合到针上。
以相同的方式将另一根钨丝和另一根银丝焊接到绳针上，使每根线对应于一根针。切割两根比钨丝上端稍长的热缩管。将它们放在两根钨丝的焊点上，确保导电部分完全覆盖在管中，这样两根钨丝的电路就不会串联放置。
从焊接台夹上取下电极，并用大钳子轻轻握住电极，因为在加热热缩管时电极很容易变形。使用一个良好的导热夹具，用力稍大一些。打开风管并加热，直到达到 320 摄氏度的温度。
吹热缩管几秒钟，直到拧紧。用热熔胶加固电极。握住两根钨丝并将它们扭在一起，使它们的两端分开。
将双绞钨丝修剪至约10毫米长，使两端的间距不超过0.5毫米。用万用表检查电极，将万用表的一根杆放在绳销的未焊接侧，然后将钨丝或银线的末端轻轻接触另一根。检查电路是否平滑。
确保线条未串联放置。在两端剥下五毫米的绝缘皮，露出里面的金属线。在每根起动线上添加一段热缩管。
用EEG设备连接器插头焊接每根电线。用热空气收缩热缩管。在每根转子线上添加一段热缩管。
将红色和橙色电线的导电部件拧在一起，并将它们焊接到接头和接头上以适合绳销。将接头上的其他两根电线焊接到每个接头上。称量鼠标。
当鼠标完全麻醉后，用剃须刀从眼睛到耳朵区域剃毛。将鼠标固定在立体定位框架上。将前上牙放入门牙杆中，并将两个耳杆插入耳朵的深度相等。
将红霉素眼膏涂抹在眼睛上，以防止手术过程中因强光引起的干燥和失明。用碘伏和75%酒精交替拭子对手术区域进行至少三次消毒。做一个纵向切口以完全暴露手术区域或做一个三角形切口，只要它暴露前后囟门和电极植入部位。
将一小块棉花卷成球状，并用3%的过氧化氢润湿。用小棉球轻轻摩擦暴露区域，直到看到前囟门和后囟，去除附着在颅骨上的软组织。调整前后高度，使前囟和后囟水平。
将前囟门的位置视为轴的原点。将不锈钢螺钉固定在左小脑颅骨上。设置杏仁核点燃的坐标，并调整立体定位装置以定位该点并标记它。
用直径为0.5毫米的头骨钻在行军点上钻一个孔。将电极固定在立体定位装置的定位杆上。将电极垂直放置在孔上方，并将位置缓慢降至负 4.9 毫米。
将银线缠绕在螺钉上三次。操作过程中注意不要晃动电极体。混合牙科水泥并将其轻轻涂抹在电极和颅骨表面。
当牙科水泥硬化时，修改外部，直到包围固定电极的水泥变成锥体。然后从立体定位装置中释放电极。取出鼠标并将其放回笼子中。
将其与其他小鼠分开。将鼠标放入定制的盒子中，用滑动电缆连接鼠标头上的电极和脑电图设备。将电缆穿过盒子盖上的一个孔，并调整盒子中剩余的长度，让鼠标自由移动。
打开脑电图设备并确保其正常工作。设置刺激器参数，以 60 赫兹提供 1 毫秒单相方波脉冲，持续 10 个刺激周期，持续 1 秒。从第一次刺激的电流强度为 50 微安开始。
监测以高频尖峰为特征的放电后的脑电图。如果没有观察到放电后，则向下一个刺激物添加25微安，并每10分钟继续此过程，直到观察到放电后并持续5秒。每15分钟用确定的电流强度刺激鼠标，每天不超过20次。
监测对刺激的行为反应。对6只健康成年雄性C57黑6只小鼠进行电极植入手术，并在手术后两周进行电刺激。行为发作水平随着刺激次数的增加而逐渐增加，并记录完全点燃所需的刺激次数。
出院后的脑电图持续5至15秒。然后颅内自发分泌物加剧，行为症状开始。癫痫发作持续时间通常少于一分钟，这降低了导致呼吸暂停的严重抽搐导致的死亡风险。
在完全点燃后两小时通过免疫组织化学检测脑组织中c-Fos的表达。结果表明，c-Fos在同侧杏仁核中的表达显著增加，验证了该模型的可行性。钨丝末端的间距不应超过半毫米，否则将无法通过脑孔。
电极的长度不宜过长，否则会影响小鼠的活动。
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概述
本研究通过引入一种能够进行记录和刺激的深脑电极制造方案，探讨了杏仁核在颞叶癫痫中的作用。它提出了一个源自杏仁核的内侧颞叶癫痫模型，允许进一步研究相关结构。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 电生理学
- 生物医学工程
背景
- 杏仁核在颞叶癫痫中至关重要。
- 理解其作用是研究内侧颞叶结构的关键。
- 这个模型有助于更好地了解癫痫机制。
研究目的
- 开发用于深脑刺激和记录的电极。
- 创建一个可靠的源自杏仁核的癫痫模型。
- 为实验室环境提供一个成本效益高的方案。
使用的方法
- 该方法包括使用钨和银丝制造深脑电极。
- 使用小鼠模型进行电极的外科植入。
- 该方案概述了精确的手术准备和电极放置。
- 电极连接到EEG设备进行刺激和记录。
- 关键的实验步骤包括精细的电极组装和小鼠定位。
主要结果
- 该方案有效地生产了用于神经刺激的功能性电极。
- 该研究为探索源自杏仁核的癫痫活动奠定了基础。
- 确立了操作EEG设备的关键参数。
结论
- 本研究为研究颞叶癫痫提供了一种实用的方法。
- 它展示了进一步理解癫痫神经元机制的潜力。
- 电极制造方法适用于其他神经生理学研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
Robust in vivo models of temporal lobe epilepsy are critical for target validation and mechanistic de-risking in CNS drug discovery. The described bipolar electrode protocol enables reproducible induction and monitoring of amygdala-originating seizures, supporting translational continuity from early discovery through preclinical evaluation. This approach enhances predictive confidence for antiepileptogenic drug development and mechanistic studies of seizure circuitry.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of amygdala-driven seizure mechanisms in a controlled, disease-relevant system.
- Supports functional target validation by correlating stimulation parameters with behavioral and electrophysiological endpoints.
- Facilitates mechanistic de-risking for candidate targets implicated in temporal lobe epilepsy.
Screening & Assay Development
- Provides a validated platform for quantitative EEG and behavioral seizure scoring.
- Standardizes induction and measurement of epileptiform activity for reproducible compound screening.
- Enables scalable, repeatable workflows for evaluating antiepileptogenic interventions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant endpoints by modeling mesial temporal lobe epilepsy in vivo.
- Supports biomarker discovery through intracranial EEG and c-Fos expression analysis.
- Bridges early mechanistic findings to preclinical efficacy studies in a validated animal model.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions the amygdala kindling model as a foundational tool from early discovery through preclinical lead evaluation in CNS portfolios.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of seizure initiation and propagation in the amygdala.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative EEG and behavioral outputs for compound assessment.
- Analytics: Provides measurable endpoints such as afterdischarge duration and Racine scale scoring.
- Translational Research: Supports alignment with clinical seizure biomarkers and mechanistic endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, low-injury model adaptable across epilepsy research programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in epilepsy target validation.
- Operational Value: Streamlines electrode fabrication and model induction for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency in CNS drug pipelines.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of antiepileptogenic candidates based on robust in vivo data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery and EEG analysis.
- Needs access to precision electrode fabrication and stimulation/recording instrumentation.
- Demands rigorous cross-team standardization of electrode placement and stimulation protocols.
- Adaptable to other brain regions or seizure models with protocol modifications.
- Electrode length and separation must be optimized to minimize animal injury and ensure data quality.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:54
Fabrication of Electrodes
3:54
Slip Ring Connection and Circuit Description
4:34
Surgery for Implantation
7:00
Electrical Kindling
8:13
Results: Temporal Lobe Epilepsy Induced by Electrical Kindling of the Amygdala in a Murine Model
9:18
Conclusion
