Modulación de la excitabilidad cortical en una rata mediante estimulación magnética transcraneal repetitiva

Resumen

Fuente: Beom, J., et al. Estimulación magnética transcraneal repetitiva al hemisferio unilateral del cerebro de rata. J. Vis. Exp. (2016)

Este video demuestra la aplicación de estimulación magnética transcraneal repetitiva (rTMS) en ratas anestesiadas para modular la excitabilidad cortical. El procedimiento consiste en determinar el umbral motor (MT) para establecer la estimulación basal, seguido de la aplicación de rTMS a una intensidad superior a la MT para inducir la despolarización neuronal. Esta estimulación desencadena la afluencia de calcio, promueve la producción de factores neurotróficos y mejora la plasticidad sináptica, lo que en última instancia influye en la excitabilidad cortical.

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran modelos animales han sido revisados por el comité de cuidado animal institucional local y la junta de revisión veterinaria JoVE.

1. Configuración

1. experimental Preparación animal
   1. Permita que las ratas Sprague-Dawley macho se adapten 1 semana a su nuevo entorno antes de comenzar el experimento.
      NOTA: Aunque en el presente estudio se utilizaron ratas de 8 semanas de edad, se puede elegir un cerebro adulto o en desarrollo de acuerdo con las hipótesis de la investigación.
2. Anestesia inhalatoria para inducción
   1. Inducir y mantener la anestesia con 5% y 2% de isoflurano disuelto en 40%/60% y 25%/75% de oxígeno/nitrógeno a través de una cámara y un cono nasal, respectivamente. Ajuste la profundidad de la anestesia al nivel de abolir el reflejo de retirada del pedal para pellizcar los dedos de los pies para confirmar la anestesia adecuada.
      NOTA: El uso de animales despiertos puede ser una mejor opción en términos de traducción, pero existen dificultades para sujetar durante la EMTr y son propensos a un estrés excesivo.
   2. Controle la temperatura corporal con una sonda rectal y manténgala a 37 °C utilizando una manta homeotérmica. Monitoree la profundidad del anestésico usando el reflejo de retirada del pedal, la temperatura, la frecuencia respiratoria y la frecuencia cardíaca.
3. Cambie a anestesia intravenosa para mantenimiento
   1. Prepare la cola con un hisopo con alcohol. Cateterizar una vena lateral de la cola con un catéter venoso de calibre 24 para la transición a anestesia intravenosa (IV) (Figura 1A). Cargar propofol por vía intravenosa (1 mg/[kg·min] durante 10 min, utilizando una emulsión de 10 mg/ml) a los animales. Suspenda el isoflurano 5 min después de comenzar la carga de propofol.
   2. Mantener la sedación con propofol a una velocidad de infusión de 500 - 700 μg/(kg·min) durante todo el experimento, como en un estudio anterior. Suplementar el oxígeno a 0,8 L/min a través de un cono nasal.
      NOTA: La anestesia con propofol es para reducir la posible supresión de la excitabilidad cortical por el agente inhalatorio. Sin embargo, la anestesia no es obligatoria en los experimentos de EMTr, y también se pueden usar animales despiertos. Los métodos de anestesia deben decidirse teniendo en cuenta las hipótesis de investigación.
   3. Use ungüento veterinario en los ojos para prevenir la sequedad mientras está bajo anestesia.
   4. Aplicar estimulación magnética (ver Sección 2) 10 min después de la transición completa a la anestesia intravenosa.
4. Condiciones de recuperación
   1. Monitoriza los signos vitales durante la fase de recuperación. No deje al animal desatendido hasta que haya recuperado la conciencia suficiente para mantener la decúbito esternal. Si un animal ha sido sometido a cirugía, no lo devuelva a la compañía de otros animales hasta que se recupere por completo.
      NOTA: Si se realiza una cirugía para un modelo de enfermedad, es necesario el manejo del dolor posquirúrgico. Sin embargo, el manejo del dolor no es necesario para este experimento de rTMS.

2. Estimulador de estimulación magnética transcraneal repetitiva

1. y coil
   1. Aplique estimulación utilizando un estimulador repetitivo que administre estímulos bifásicos a través de una bobina en forma de 8 de 25 mm. Ubique el centro de la bobina 0,5 cm lateral al vértice en la línea biauricular y angule la bobina 45° con respecto al suelo.
      NOTA: La intensidad máxima del campo magnético de la bobina es de 4,0 T. La bobina magnética está montada firmemente en un soporte incorporado.
2. Umbral motor
   1. Determine el umbral motor (MT) en el punto caliente, con el centro de la bobina colocado 0,5 cm lateral al vértice en la línea biauricular y con la superficie plana sobre la calvaria. Esta es la misma metodología utilizada en un estudio anterior.
      NOTA: Defina MT como la intensidad mínima del estímulo que evoca 5 o más contracciones palpables en la pata delantera contralateral por 10 estímulos consecutivos. Verifique si la estimulación está causando principalmente la contracción del músculo contralateral para garantizar la estimulación unilateral.
3. Aplicación de rTMS
   1. Aplicar rTMS 10 min después de la estabilización de la anestesia profunda. Coloque el centro de la bobina en el sitio de la EMTr objetivo, seleccionado de las cortezas cerebrales según las preguntas de investigación. Luego, incline la bobina para asegurar el contacto directo entre el centro de la bobina y la superficie del cráneo en el punto de estimulación.
      NOTA: Por ejemplo, angule la bobina 45 ° hacia el suelo para minimizar un posible efecto directo de rTMS en la corteza contralateral (Figura 1B y 1C).
   2. Someter a los animales a una sesión de 20 min de EMTr del hemisferio unilateral. Usando la consola de software, administre rTMS con un protocolo de estimulación de baja frecuencia (1 Hz), alta frecuencia (20 Hz) o simulada, y establezca la intensidad de estimulación en 100 - 110% de la MT.
   3. Realice una estimulación de 1 Hz sin descanso. Usando la consola de software, ingrese "1,200" disparos durante "20" min. Para una estimulación de 20 Hz, realice 2 segundos de estimulación seguidos de 28 segundos de descanso. Usando la consola de software, ingrese "1,600" disparos para "20" min.
   4. Para la estimulación simulada, incline la bobina perpendicular (rotación de 90°) a la calvaria y coloque el borde de la bobina a 2 cm de distancia de la superficie de la cabeza (Figura 1D). Fije el soporte de la bobina firmemente al aparato principal; No es necesario sostener la bobina con la mano durante el experimento.
      NOTA: Para compensar los efectos acústicos y otros efectos inespecíficos, se deben usar protocolos simulados distintos para protocolos de estimulación distintos. Por ejemplo, la estimulación simulada de 1 Hz se puede utilizar para experimentos de rTMS de 1 Hz.
4. Enfriamiento de la bobina
   1. Utilice un sistema de enfriamiento por agua para permitir la estimulación magnética repetitiva durante más de 20 minutos a frecuencias de estimulación de 1 y 20 Hz (Figura 2). Haga circular agua helada alrededor de toda la longitud de la bobina durante el experimento para evitar el sobrecalentamiento, aunque no se controle la temperatura de la bobina o el estimulador.
      NOTA: También se pueden utilizar bobinas de rata refrigeradas disponibles en el mercado.
   2. Si es posible, controle la temperatura de la bobina viendo el indicador de calentamiento de la máquina rTMS.
      NOTA: No hubo consecuencias adversas relacionadas con la estimulación de rTMS. Sin embargo, existe un riesgo potencial de quemaduras si se usan etiquetas de identificación de orejas de metal cerca de la bobina estimulante.

Resultados

Figura 1. Configuración experimental. (A) Se inserta un catéter intravenoso en una vena lateral de la cola (flecha) y se usa un cono nasal para anestesia con isoflurano, así como para suplemento de oxígeno de...

Materiales