Descriviamo un metodo sperimentale preclinico per valutare la neuromodulazione metabolica indotta dalla stimolazione cerebrale profonda acuta con FDG-PET in vivo . Questo manoscritto comprende tutte le fasi sperimentali, dalla chirurgia stereotassica all'applicazione del trattamento di stimolazione e all'acquisizione, elaborazione e analisi di immagini PET.
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Articolo metodologico
In vivo Tomografia ad emissione di positroni per rivelare i modelli di attività indotti dalla stimolazione cerebrale profonda nei ratti
In questo articolo
Sommario
Abstract
La stimolazione cerebrale profonda (DBS) è una tecnica neurochirurgica invasiva basata sull'applicazione di impulsi elettrici alle strutture cerebrali coinvolte nella fisiopatologia del paziente. Nonostante la lunga storia della DBS, il suo meccanismo d'azione e i protocolli appropriati rimangono poco chiari, evidenziando la necessità di ricerche volte a risolvere questi enigmi. In questo senso, valutare gli effetti in vivo della DBS utilizzando tecniche di imaging funzionale rappresenta una potente strategia per determinare l'impatto della stimolazione sulla dinamica cerebrale. Qui viene descritto un protocollo sperimentale per modelli preclinici (ratti Wistar), combinato con uno studio longitudinale [18F]-fluorodesossiclucosa tomografia ad emissione di positroni (FDG-PET), per valutare le conseguenze acute della DBS sul metabolismo cerebrale. In primo luogo, gli animali sono stati sottoposti a chirurgia stereotassica per l'impianto bilaterale di elettrodi nella corteccia prefrontale. È stata acquisita una tomografia computerizzata post-chirurgica (TC) di ciascun animale per verificare il posizionamento degli elettrodi. Dopo una settimana di recupero, è stato acquisito un primo FDG-PET statico di ciascun animale operato senza stimolazione (D1) e due giorni dopo (D2), un secondo FDG-PET è stato acquisito mentre gli animali venivano stimolati. Per questo, gli elettrodi sono stati collegati a uno stimolatore isolato dopo aver somministrato FDG agli animali. Pertanto, gli animali sono stati stimolati durante il periodo di assorbimento di FDG (45 min), registrando gli effetti acuti della DBS sul metabolismo cerebrale. Data la natura esplorativa di questo studio, le immagini FDG-PET sono state analizzate con un approccio voxel-wise basato su un T-test accoppiato tra studi D1 e D2. Nel complesso, la combinazione di DBS e studi di imaging consente di descrivere le conseguenze della neuromodulazione sulle reti neurali, contribuendo in definitiva a svelare gli enigmi che circondano la DBS.
Introduzione
Il termine neurostimolazione comprende una serie di tecniche diverse volte a stimolare il sistema nervoso con un obiettivo terapeutico1. Tra questi, la stimolazione cerebrale profonda (DBS) si distingue come una delle strategie di neurostimolazione più diffuse nella pratica clinica. La DBS consiste nella stimolazione dei nuclei cerebrali profondi con impulsi elettrici erogati da un neurostimolatore, impiantati direttamente nel corpo del paziente, attraverso elettrodi posti nel bersaglio cerebrale per essere modulati mediante chirurgia stereotassica. Il numero di articoli che valutano la fattibilità dell'applicazione della DBS in diversi disturb....
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Protocollo
Le procedure sperimentali sugli animali sono state condotte secondo la direttiva 2010/63 / UE del Consiglio delle Comunità europee e approvate dal Comitato etico per la sperimentazione animale dell'ospedale Gregorio Marañón. Un riepilogo grafico del protocollo sperimentale è mostrato nella Figura 1A.
1. Localizzazione del bersaglio cerebrale mediante neuroimaging in vivo
- Preparazione degli animali
NOTA: Sono stati utilizzati ratti Wistar maschi di ~ 300 g.- Posizionare l'animale in una scatola di induzione per anestesia e sigillare la parte superiore.
- Accendere il ....
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Risultati
Gli animali sono stati sacrificati usando CO2 alla fine dello studio o quando il benessere dell'animale è stato compromesso. Un esempio di uno studio PET/CT completo da un animale operato è mostrato nella Figura 3. Pertanto, l'elettrodo inserito nel cervello del ratto può essere chiaramente osservato nell'immagine TC mostrata in Figura 3A. Questa modalità di imaging fornisce buone informazioni anatomiche e facilita la registrazione delle immagini FDG-.......
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Discussione
Dati i progressi nella comprensione della funzione cerebrale e delle reti neurali coinvolte nella fisiopatologia dei disturbi neuropsichiatrici, sempre più ricerche stanno riconoscendo il potenziale della DBS in una vasta gamma di patologie neurologiche2. Tuttavia, il meccanismo d'azione di questa terapia rimane poco chiaro. Diverse teorie hanno tentato di spiegare gli effetti ottenuti in specifiche circostanze patologiche e di stimolazione, ma l'eterogeneità degli studi proposti rende molto diffi.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano che non ci sono conflitti di interesse in relazione a questo articolo.
Ringraziamenti
Ringraziamo le Prof. Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco e Yolanda Sierra per il loro prezioso supporto nell'ottimizzazione della metodologia qui descritta. MLS è stato sostenuto dal Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (numero di progetto PI17/01766 e numero di sovvenzione BA21/0030) cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR), "Un modo per fare l'Europa"; CIBERSAM (progetto numero CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (numero di progetto 2017/085); Fundación Mapfre; e Fundación Alicia Koplowitz.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Scanner 7-Tesla Biospec 70/20 | Bruker, Germania | SN0021 | Scanner MRI per l'imaging di piccoli animali |
| Betadine | Meda Pharma S.L., Spagna | 644625.6 | Soluzione di iodio (iodopovidone) |
| Beurer IL 11 | Beurer | SN87318 | Luce infrarossa |
| Cavo bipolare 50 cm con 50 cm di copertura della rete fino a 100 cm | Plastica Uno, USA | 305-305 (CM) | |
| Cavo bipolare TT2 50 cm fino a 100 cm | Plastics One, USA | 305-340/2 | Cavo bipolare TT2 50 cm fino a 100 cm |
| Buprex | Schering-Plough, S.A | 961425 | Buprenorfina (analgesico) |
| Ceftriaxona Reig Jofré 1g IM | Laboratorio Reig Jofré S.A., Spagna | 624239.1 | Ceftriaxone (antibiotic) |
| Commutatore | Plastics One, USA | SL2+2C | Commutatore a 4 canali per DBS |
| Elettrodi bipolari concentrici in platino-iridio | Plastics One, USA | MS303/8-AIU/Spc | Elettrodi per DBS |
| Driller | Bosh | T58704 | Driller |
| FDG | Curium Pharma Spain S.A., Spagna | ----- | 2-[18F]fluoro-2-deossi-D-glucosio (radiotracciante PET) |
| Termoforo | DAGA, Spagna | 23115 | Termoforo |
| Ketolar | Pfizer S.L., Spagna | 776211.9 | Ketamina (farmaco anestetico) |
| Lipolistico 2 mg/g | Bausch & Lomb S.A, Spagna | 65277 | Gel lubrificante oftalmico |
| MatLab R2021a | The MathWorks, Inc | Software di supporto per SPM12 | |
| MRIcro | McCausland Center for Brain Imaging, Università della Carolina del Sud, USA | v2.1.58-0 | Software per la pre-elaborazione e l'analisi delle immagini |
| Multimodality Workstation (MMWKS) | BiiG, Spagna | Software per l'elaborazione e l'analisi delle immagini | |
| Omicrom VISION VET | RGB Medical Devices, Spagna | 731100 ReV B | Monitor cardiorespiratorio per piccole immagini |
| Prevex Cotton fioc | Prevex, Finlandia | ----- | Cotton fioc |
| Sevorane | AbbVie Spagna, S.L.U, Spagna | 673186.4 | Sevoflurano (anestesia inalatoria) |
| Viti piccole | Max Witte GmbH | 1,2 x 2 DIN 84 A2 | Viti piccole |
| Strumento stereotassico con telaio a U standard per ratto, 18 gradi; Ear Bar | Harvard Apparatus, USA | 75-1801 | Telaio stereotassico a due bracci per |
| ratto Mappatura parametrica statistica (SPM12) | The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, Regno Unito | SPM12 | Software per l'analisi dell'imaging voxel-wise |
| STG1004 | Multi Channel Systems GmbH, Germania | STG1004 | Stimolatore isolato |
| Scanner | PET/CT SuperArgusSedecal, Spagna | S0026403 | Scanner NanoPET/CT per l'imaging di piccoli animali |
| Filo di sutura con ago, 1/º | Lorca Marí n S.A., Spagna | 55325 | Sutura intrecciata in seta naturale non assorbibile 1/0, con ago triangolare |
| Technovit 4004 (polvere e liquido) | Tecnica Kulzer, Germania | 64708471; 64708474 | Cemento dentale acrilico per rubinetto per craniotomia Ratti |
| Wistar (Rattus norvergicus) | Charles River, Spagna | struttura per animali | Modello animale utilizzato |
| Xylagesic | Laboratorios Karizoo, A.A, Spagna | 572599-4 | Xilazina (farmaco anestetico) |
| Normon S.A., Spagna | 602910 | Mepivacaina in gel per uso topico |
Riferimenti
- Gildenberg, P. L. Neuromodulation: A historical perspective. Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).
- Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.
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Ristampe e permessi
