Aufzeichnung von EEG in frei bewegten neonatalen Ratten mit einer neuartigen Methode
29. Mai 2017
Hier stellen wir eine neuartige Technik vor, die für die Aufzeichnung der Elektroenzephalographie (EEG) in frei bewegten neonatalen epileptischen Welpen und deren Beschreibung, Funktionen und Anwendungen entwickelt wurde. Diese Methode erlaubt es, EEG für mehr als 1 Woche aufzunehmen.
Das übergeordnete Ziel dieser Methode besteht darin, EEGs von frei beweglichen neonatalen Rattenwelpen mithilfe einer neuartigen Elektrodenanordnung aufzuzeichnen, die eine Woche oder länger stabil bleibt. Diese Methode wird zentrale Fragen auf dem Gebiet der Neurowissenschaften beantworten und sich als vorteilhaft für die Erforschung einer neonatalen Epilepsie erweisen. Mit dieser Technik können hochwertige und stabile EEG-Signale über längere Zeiträume hinweg aufgezeichnet werden.
Was bei der Diagnose verschiedener neuropathologischer Erkrankungen hilft. Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da neugeborene Ratten im Alter von p8 bis p15 sehr schwierig zu handhaben sind und großer Sorgfalt bedürfen. Die Elektrode benötigt einen mehrzackigen Kontakt, um als Signalschnittstelle mit den Kommunikationsgeräten zu fungieren.
Ein Computer-Pin lo sai übernimmt diese Funktion. Trennen Sie vorsichtig die männlichen und weiblichen Stifte eines Computer-Pin lo sai mit einer Zange. Verbinden Sie anschließend die männlichen und weiblichen Stifte miteinander, um eine Elektrode zu bilden, und sichern Sie die Verbindung mit Cyanoacrylat.
Stellen Sie mehrere solcher Elektroden her. Sobald die Verbindungen ausgehärtet sind, geben Sie die Elektroden zehn Minuten lang in ein Becherglas mit destilliertem Wasser. Anschließend reinigen Sie die Elektroden in einem Ultraschallreiniger.
Danach den Becher in einen auf 45 Grad Celsius eingestellten Ofen überführen und eine halbe Stunde lang erhitzen. Zuletzt die Elektroden durch eine 30-minütige Bestrahlung mit UV-Licht sterilisieren. In einer Biosicherheitswerkbank zuerst die sterilisierten chirurgischen Instrumente sowie einen sterilisierten Stereotaxieapparat für die Operation bereitstellen.
Dann betäuben Sie das neugeborene Rattenjunge mit 2,5 % Isofluran. Wenn das Junge tief anästhesiert ist, reduzieren Sie den Isofluran auf 1 %. Vor dem Fortfahren überprüfen Sie mittels Zehenquetschung, ob die Maus ausreichend anästhesiert ist.
Befestigen Sie als Nächstes den Kopf des Welpen im stereotaktischen Apparat. Positionieren Sie die Ohrstifte in den Gehörgängen und ziehen Sie die Stifte vorsichtig an. Seien Sie vorsichtig: der Schädel von Neugeborenen ist sehr weich.
Nun führen Sie einen fünfzehn Millimeter langen medianen Einschnitt in den Schädel ein. Ziehen Sie dann mit einer Pinzette vorsichtig die Kopfhaut auseinander, um den Einschnitt zu verbreitern. Um den Einschnitt offen zu halten, verwenden Sie ein Stück mit Kochsalzlösung getränkten Wattebausches.
Suchen Sie nun das Bregma und das Lambda und markieren Sie diese mit einem Bleistift. Die folgenden Schritte zur Elektrodenimplantation sind kritisch und müssen präzise ausgeführt werden. Erstellen Sie zunächst mit einer 26-Gauge-Nadel ein Bohrloch in den präfrontalen Kortex, zwei Millimeter anterior zum Bregma und innerhalb von 0,5 Millimetern zur Mittellinie.
Als Nächstes wird ein Bohrloch in den Hippocampus bei 1,8 mm posterior zur Bregma und 0,5 mm lateral zur Mittellinie angelegt. Die Nadel sollte nicht mehr als 2 mm unterhalb der kortikalen Oberfläche eindringen, um Schäden am Gehirn zu minimieren. Nun wird mithilfe einer Pinzette die Referenzelektrode in das kortikale Loch eingeführt und die Ableitelektroden in das Hippocampus-Loch eingesetzt.
Tragen Sie dann Erythromycin-Salbe um die Elektroden herum auf und befestigen Sie die Elektroden mit Cyanoacrylat. Während der Klebstoff aushärtet, bereiten Sie Zahnzement in zähflüssiger, viskoser Konsistenz vor. Die Viskosität des Zahnzements ist entscheidend.
Wenn der Zahncement zu dünnflüssig ist, kann dies dazu führen, dass sich unter der Elektrode eine unerwünschte isolierende Schicht bildet. Wenn der Cement zu dicht ist, lösen sich die Elektroden leichter ab, da die Masse zu groß ist. Vor dem Auftragen des Cements den Schädel und die Elektroden gründlich trocknen.
Dann befestigen Sie die Elektroden mit Zahnzement am Schädel. Danach tragen Sie etwas Pikrinsäure auf die Elektroden auf, um ihnen eine zusätzliche Schutzschicht zu verleihen. Entfernen Sie nun das Tier aus dem stereotaktischen Rahmen und injizieren Sie subkutan 300 µL einer zehnprozentigen Glucoselösung.
Überführen Sie das Tier anschließend auf eine beheizte Unterlage, um es bis zur Wiederaufnahme der Beweglichkeit bei 37 Grad Celsius zu halten. Sobald das Tier wieder mobil ist, verabreichen Sie Buprenorphin zur Linderung postoperativer Schmerzen und bringen Sie das Jungtier in seinen Heimkäfig zu seiner Mutter. Warten Sie vor der Verwendung des Implantats mindestens zwei Tage, bis sich das Jungtier erholt hat.
Nach der Erholungsphase das Jungtier einzeln unterbringen und etwa zehn Minuten lang Aufnahmen machen, damit sich das Jungtier mit der Umgebung vertraut machen kann. Die Elektroden mit einem Verstärker verbinden und den Verstärker mit einem AD-Wandler verbinden, der an einen Computer angeschlossen ist. Achten Sie darauf, dass diese Verbindungen nicht verheddern.
Als Nächstes wählen Sie am Datenerfassungsgerät eine Abtastrate von mindestens 10.000 Hertz für die Aufzeichnung aus und überprüfen Sie die korrekte Datenübertragung. Nehmen Sie eine Basislinienaufzeichnung vor. Nach der Aufzeichnung der Basislinie injizieren Sie dem Welpen intraperitoneal Kainsäure, um epileptische Anfälle auszulösen.
Beobachten und dokumentieren Sie 15 Minuten nach der Injektion die epileptischen Entladungen. Speichern Sie die digitalisierten Daten und analysieren Sie diese mit einer Signalverarbeitungssoftware. Ermitteln Sie mithilfe einer Leistungsspektrumanalyse das Leistungsniveau verschiedener Frequenzkomponenten in den neonatalen EEGs.
Berechnen Sie die Leistung aus Ein-Minuten-Zeitfenstern, indem Sie die Effektivamplitude im Frequenzbereich von einem bis hundert Hertz ermitteln, welches das EEG-Band ist. Zehn Minuten nach der Kainsäure-Injektion wurden rezidivierende interiktale und ik tale EEG-Entladungsmuster aufgezeichnet. Die häufigsten aufgezeichneten Anfälle waren vom tonisch-klonischen Typ.
Die dauerhafte tonische Phase dauerte etwa fünfzehn Sekunden. Es wurde ebenfalls beobachtet, dass den tonischen Entladungen klonische Ausbrüche folgten. Nachdem Sie sich dieses Videos angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Elektroden implantiert und qualitativ hochwertige EEG-Aufzeichnungen von neugeborenen Rattenwelpen im Alter von p8 bis p15 erhält.
Einmal zusammengestellt, kann die zervikale Implantation je nach Komplexität der Operation in weniger als zehn Minuten durchgeführt werden.
Sehen Sie sich das vollständige Transkript an und erhalten Sie Zugang zu Tausenden wissenschaftlicher Videos
Übersicht
Dieser Artikel stellt eine neuartige Technik zur Ableitung der Elektroenzephalographie (EEG) bei frei beweglichen neugeborenen epileptischen Welpen vor. Die Methode ermöglicht stabile EEG-Aufzeichnungen über mehr als eine Woche, wodurch die Erforschung der neonatalen Epilepsie erleichtert wird.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- neonatale Epilepsie
Hintergrund
- Die Ableitung von EEGs an neugeborenen Rattenwelpen ist aufgrund ihrer empfindlichen Beschaffenheit herausfordernd.
- Stabile Elektrodenanordnungen sind entscheidend, um qualitativ hochwertige Daten zu erhalten.
- Diese Methode beantwortet zentrale Fragen der Neurowissenschaft.
- Sie unterstützt die Diagnose neuro-pathologischer Erkrankungen.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer zuverlässigen Methode zur EEG-Ableitung bei neugeborenen Ratten.
- Verbesserung des Verständnisses der neonatalen Epilepsie.
- Bereitstellung eines Werkzeugs zur Langzeitüberwachung der Gehirnaktivität.
Verwendete Methoden
- Neuartiger Elektrodenaufbau für stabile EEG-Aufzeichnungen.
- Aufzeichnung von frei beweglichen neugeborenen Rattenwelpen im Alter von p8 bis p15.
- Sorgfältige Handhabung der Versuchstiere während des Verfahrens sicherstellen.
- Verwendung von stiftförmigen Kontakten für die Signalschnittstelle mit Kommunikationsgeräten.
Hauptergebnisse
- Es wurden hochwertige und stabile EEG-Signale über mehr als eine Woche aufgezeichnet.
- Die Methode erwies sich als wirksam bei der Untersuchung von neonatalen Epilepsien.
- Erleichterte die Diagnose verschiedener neuropathologischer Erkrankungen.
- Zeigte die Durchführbarkeit einer Langzeit-EEG-Überwachung bei neonatalen Probanden auf.
Schlussfolgerungen
- Die neuartige Technik stellt einen bedeutenden Fortschritt in der EEG-Aufzeichnung dar.
- Sie eröffnet neue Forschungsansätze bei neonataler Epilepsie.
- Zukünftige Studien können diese Methode nutzen, um tiefere Einblicke in die Gehirnaktivität zu gewinnen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Ableitung von EEGs bei frei beweglichen neonatalen Rattenwürfen ermöglicht eine longitudinale Überwachung der Gehirnaktivität in Krankheitsmodellen und unterstützt die Zielvalidierung sowie die mechanistische Risikominderung in der Epilepsieforschung. Diese Methode liefert quantitative elektrophysiologische Endpunkte, die das Vorhersagevertrauen in präklinischen Studien neurologischer Erkrankungen erhöhen. Durch die Stabilisierung der Elektrodenkontakte für mehr als eine Woche verringert sie die technische Variabilität und verbessert die Reproduzierbarkeit über verschiedene Entdeckungsworkflows hinweg.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen, indem spontane und induzierte epileptische Entladungen in vivo erfasst werden.
- Operativer Wert: Unterstützt die funktionelle Validierung von Zielstrukturen durch stabile, hochauflösende EEG-Signale in krankheitsrelevanten Systemen.
- Prädiktiver Wert: Erleichtert die Dosis-Wirkungs-Analyse und die Identifizierung von Biomarkern für Go/No-Go-Entscheidungen in der Epilepsie-Wirkstoffforschung.
Screening und Assay-Entwicklung
- Assay-Bereitschaft: Bereitet validierte biologische Systeme für die Wirkstoff-Screening mit quantifizierbaren EEG-Ausgaben vor.
- Reproduzierbarkeit: Standardisiert die Elektrodenimplantation und Signalakquisition, um die Variabilität zwischen Tieren zu minimieren.
- Skalierbarkeit: Ermöglicht die Wiederverwendung der Plattform an neonatalen und adulten Nagetiermodellen für Epilepsie- und neurologische Störungsstudien.
Translationale und präklinische Forschung
- Krankheitsrelevanz: Modelliert neonatale Epilepsie mittels Kainsäure-Induktion und ermöglicht die Untersuchung ictaler und interiktaler EEG-Muster.
- Translationale Kontinuität: Verbindet die Entdeckung mit der präklinischen Validierung, indem konsistente elektrophysiologische Endpunkte bereitgestellt werden.
- Risikoadjustierte Weiterentwicklung: Unterstützt die mechanistische Risikominimierung durch langzeitliche Verfolgung des Anfallsverlaufs und der Erholung.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode fügt sich in die Entdeckungskette von der Hypothesenprüfung in der frühen Entdeckung bis hin zur Leitstruktur-Optimierung und präklinischen Validierung ein, insbesondere für Ziele im Bereich Epilepsie und neurologische Erkrankungen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Aufklärung von Signalwegen und die biologische Risikominderung, indem die elektrografische Anfallsbelastung und die kortiko-hippocampale Aktivität quantifiziert werden.
- Screening: Bietet einsatzbereite Systeme mit stabilen, langfristigen EEG-Aufzeichnungen, die zur Bewertung von Substanzeffekten geeignet sind.
- Analytik: Ermöglicht die Analyse des Leistungsspektrums und die Berechnung der Effektivwertamplitude, um frequenzspezifische Gehirnaktivitäten unter verschiedenen Bedingungen zu vergleichen.
- Translationale Forschung: Verbindet EEG-Phänotypen mit klinischen Biomarkern der Epilepsie und unterstützt so die Abstimmung und Validierung von Biomarkern.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare elektrophysiologische Kapazität für neonatale und erwachsene Nagetiermodelle in verschiedenen neurowissenschaftlichen Entdeckungsprogrammen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit, indem mechanische Unschärfen in Epilepsiemodellen durch stabile, langdauernde EEG-Überwachung reduziert werden.
- Operativer Wert: Verbessert die Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch einen kostengünstigen, zuverlässigen Elektrodenaufbau unter Verwendung von Computer-Pin-Kontakten und einer Fixierung mit Cyanoacrylat.
- Strategischer Wert: Steigert die Kapitaleffizienz, indem wochenlange Aufzeichnungen von frei beweglichen Tieren ermöglicht werden, wodurch der Bedarf an wiederholten chirurgischen Eingriffen verringert wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Prioritätenfestlegung, indem objektive elektrophysiologische Endpunkte für Go/No-Go-Entscheidungen in der Entwicklung von Epilepsie-Medikamenten bereitgestellt werden.
Umsetzungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse im Umgang mit neugeborenen Nagetieren, in stereotaktischer Chirurgie und in der Ableitung elektrophysiologischer Signale.
- Abhängig von der Instrumentierung, einschließlich stereotaktischem Gerät, Verstärkern, Analog-Digital-Wandlern und Signalverarbeitungssoftware.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen Teams bei der Elektrodenpräparation, Implantationstiefe und Viskosität des Zahnzements, um die Signalstabilität sicherzustellen.
- Beinhaltet Anpassungen für verschiedene Nagetierstämme, Altersgruppen und Zielstrukturen im Gehirn jenseits von Hippocampus und präfrontaler Cortex.
- Eingeschränkt durch die technische Fertigkeit, die Integrität der Elektroden-Gewebe-Schnittstelle über längere Aufzeichnungszeiträume aufrechtzuerhalten.
