Modulation der kortikalen Erregbarkeit bei einer Ratte durch repetitive transkranielle Magnetstimulation

Zusammenfassung

Quelle: Beom, J., et al. Repetitive transkranielle Magnetstimulation der einseitigen Hemisphäre des Rattengehirns. J. Vis. Exp. (2016)

Dieses Video zeigt die Anwendung der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS) bei anästhesierten Ratten zur Modulation der kortikalen Erregbarkeit. Das Verfahren beinhaltet die Bestimmung der motorischen Schwelle (MT), um eine Basisstimulation zu etablieren, gefolgt von der Anwendung von rTMS mit einer Intensität oberhalb der MT, um eine neuronale Depolarisation zu induzieren. Diese Stimulation löst den Kalziumeinstrom aus, fördert die Produktion neurotropher Faktoren und verbessert die synaptische Plastizität, was letztendlich die kortikale Erregbarkeit beeinflusst.

Protokoll

Alle Verfahren, an denen Tiermodelle beteiligt sind, wurden vom örtlichen institutionellen Tierpflegeausschuss und dem Tierprüfungsausschuss von JoVE überprüft.

1. Versuchsaufbau

1. Vorbereitung der Tiere
   1. Erlauben Sie männlichen Sprague-Dawley-Ratten 1 Woche, sich an ihre neue Umgebung anzupassen, bevor Sie mit dem Experiment beginnen.
      HINWEIS: Obwohl in der vorliegenden Studie 8 Wochen alte Ratten verwendet wurden, kann ein sich entwickelndes oder adultes Gehirn gemäß den Forschungshypothesen ausgewählt werden.
2. Inhalationsanästhesie zur Induktion
   1. Induktion und Aufrechterhaltung der Anästhesie mit 5% und 2% Isofluran, gelöst in 40%/60% bzw. 25%/75% Sauerstoff/Stickstoff über eine Kammer bzw. Nasenkonus. Passen Sie die Anästhesietiefe an das Niveau an, auf dem der Pedalrückzugsreflex auf das Zehenkneifen aufgehoben wird, um die richtige Anästhesie zu bestätigen.
      HINWEIS: Die Verwendung wacher Tiere kann in translationaler Hinsicht eine bessere Wahl sein, aber es gibt Schwierigkeiten bei der Fixierung während der rTMS, und sie sind anfällig für übermäßigen Stress.
   2. Überwachen Sie die Körpertemperatur mit einer rektalen Sonde und halten Sie sie mit einer homöothermen Decke auf 37 °C. Überwachen Sie die Narkosetiefe anhand des Pedalentzugsreflexes, der Temperatur, der Atemfrequenz und der Herzfrequenz.
3. Wechseln Sie zur Erhaltungstherapie zur intravenösen Anästhesie
   1. Bereiten Sie den Schwanz mit einem Alkoholtupfer vor. Katheterisieren Sie eine laterale Schwanzvene mit einem 24-Gauge-Venenkatheter für den Übergang zur intravenösen (IV) Anästhesie (Abbildung 1A). Propofol intravenös (1 mg/[kg·min] über 10 min, mit 10 mg/ml Emulsion) an die Tiere geben. Brechen Sie Isofluran 5 Minuten nach Beginn der Propofol-Beladung ab.
   2. Die Propofol-Sedierung sollte während des gesamten Experiments bei einer Infusionsrate von 500 - 700 μg/(kg·min) gehalten werden, wie in einer früheren Studie. Ergänzen Sie Sauerstoff mit 0,8 l/min über einen Nasenkonus.
      HINWEIS: Die Anästhesie mit Propofol dient dazu, die mögliche Unterdrückung der kortikalen Erregbarkeit durch das Inhalationsmittel zu reduzieren. Bei rTMS-Experimenten ist eine Anästhesie jedoch nicht zwingend erforderlich, und es können auch aufgeweckte Tiere verwendet werden. Anästhesiemethoden sollten unter Berücksichtigung von Forschungshypothesen entschieden werden.
   3. Verwenden Sie tierärztliche Salbe auf den Augen, um Trockenheit während der Narkose zu verhindern.
   4. Wenden Sie die Magnetstimulation (siehe Abschnitt 2) 10 Minuten nach dem vollständigen Übergang zur IV-Anästhesie an.
4. Erholungsbedingungen
   1. Überwachen Sie die Vitalparameter während der Erholungsphase. Lassen Sie das Tier nicht unbeaufsichtigt, bis es wieder genügend Bewusstsein erlangt hat, um das Brustbein aufrecht zu erhalten. Wenn ein Tier operiert wurde, geben Sie es nicht an andere Tiere zurück, bis es sich vollständig erholt hat.
      HINWEIS: Wenn eine Operation für ein Krankheitsmodell durchgeführt wird, ist eine postoperative Schmerzbehandlung erforderlich. Für dieses rTMS-Experiment ist jedoch keine Schmerzbehandlung erforderlich.

2. Repetitiver transkranieller Magnetstimulationsstimulator

1. und Spule
   1. Stimulieren Sie mit einem repetitiven Stimulator, der biphasische Stimuli über eine 25-mm-Spule in Form von 8 Figuren liefert. Positionieren Sie die Mitte der Spule 0,5 cm lateral zum Scheitelpunkt auf der biaurikulären Linie und winkeln Sie die Spule um 45° zum Boden.
      HINWEIS: Die maximale magnetische Feldstärke der Spule beträgt 4,0 T. Die Magnetspule ist fest auf einer eingebauten Halterung montiert.
2. Motor threshold
   1. Bestimmen Sie die motorische Schwelle (MT) am Hot Spot, wobei die Mitte der Spule 0,5 cm lateral zum Scheitelpunkt auf der Biaurikellinie positioniert ist und die Oberfläche flach auf der Schädeldecke liegt. Dies ist die gleiche Methodik, die in einer früheren Studie verwendet wurde.
      HINWEIS: Definieren Sie MT als die minimale Reizintensität, die 5 oder mehr tastbare Kontraktionen auf der kontralateralen Vorderpfote durch 10 aufeinanderfolgende Reize hervorruft. Überprüfen Sie, ob die Stimulation in erster Linie eine kontralaterale Muskelkontraktion verursacht, um eine einseitige Stimulation zu gewährleisten.
3. Anwendung von rTMS
   1. Wenden Sie rTMS 10 min nach der Stabilisierung der Tiefenanästhesie an. Platzieren Sie die Mitte der Spirale an der Ziel-rTMS-Stelle, die je nach Forschungsfragen aus der Großhirnrinde ausgewählt wird. Kippen Sie dann die Spule, um einen direkten Kontakt zwischen dem Zentrum der Spirale und der Oberfläche des Schädels am Stimulationspunkt zu gewährleisten.
      HINWEIS: Winkeln Sie die Spule beispielsweise um 45° zum Boden, um einen möglichen direkten Effekt von rTMS auf den kontralateralen Kortex zu minimieren (Abbildung 1B und 1C).
   2. Die Tiere werden einer 20-minütigen rTMS-Sitzung der einseitigen Hemisphäre unterzogen. Stellen Sie über die Softwarekonsole rTMS mit einem Niederfrequenz- (1 Hz), Hochfrequenz- (20 Hz) oder Scheinstimulationsprotokoll bereit und stellen Sie die Stimulationsintensität auf 100 - 110 % der MT ein.
   3. Führen Sie eine 1-Hz-Stimulation ohne Pause durch. Geben Sie über die Softwarekonsole "1.200" Aufnahmen für "20" Minuten ein. Für eine Stimulation von 20 Hz führen Sie 2 Sekunden Stimulation durch, gefolgt von 28 Sekunden Pause. Geben Sie über die Softwarekonsole "1.600" Aufnahmen für "20" Minuten ein.
   4. Für die Scheinstimulation kippen Sie die Spule senkrecht (90°-Drehung) zur Schädeldecke und platzieren Sie die Spulenrand 2 cm von der Kopfoberfläche entfernt (Abbildung 1D). Befestigen Sie den Spulenhalter fest am Hauptgerät. Es ist nicht erforderlich, die Spule während des Experiments mit der Hand zu halten.
      HINWEIS: Um akustische und andere unspezifische Effekte auszugleichen, sollten für unterschiedliche Stimulationsprotokolle unterschiedliche Scheinprotokolle verwendet werden. Zum Beispiel kann die 1-Hz-Scheinstimulation für 1-Hz-rTMS-Experimente verwendet werden.
4. Kühlung der Spule
   1. Verwenden Sie ein Wasserkühlungssystem, um eine wiederholte Magnetstimulation für mehr als 20 Minuten bei 1- und 20-Hz-Stimulationsfrequenzen zu ermöglichen (Abbildung 2). Zirkulieren Sie während des Experiments eiskaltes Wasser, das die gesamte Länge der Spule umgibt, um eine Überhitzung zu vermeiden, obwohl die Temperatur der Spule oder des Stimulators nicht überwacht wird.
      HINWEIS: Im Handel erhältliche gekühlte Rattenspulen können ebenfalls verwendet werden.
   2. Überwachen Sie nach Möglichkeit die Temperatur der Spule, indem Sie das Heizmessgerät des rTMS-Geräts betrachten.
      HINWEIS: Es gab keine nachteiligen Folgen im Zusammenhang mit der rTMS-Stimulation. Es besteht jedoch eine potenzielle Verbrennungsgefahr, wenn Ohrkennzeichnungsetiketten aus Metall in der Nähe der Stimulationsspule verwendet werden.

Ergebnisse

Abbildung 1. Experimentelle Einstellungen. (A) An einer lateralen Schwanzvene (Pfeil) wird ein intravenöser Katheter eingeführt, und ein Nasenkonus wird für die Anästhesie mit Isofluran sowie für die Sauersto...

Materialien