Name: Luso di Farmacologiche-sfida fMRI in ricerca pre-clinica: Applicazione del sistema 5-HT (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-04-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 27 s
Description: Impara a valutare la funzione del neurotrasmettitore serotonina in animali liberamente respiranti usando la phMRI con fluoxetina. Questa tecnica non invasiva permette di visualizzare le risposte emodinamiche cerebrali per la ricerca preclinica.

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Questo lavoro è finanziato dall &#39;Organizzazione olandese per la ricerca scientifica (NWO) (no Veni. 916.86.125), assegnato a L. Reneman. Il finanziatore ha avuto alcun ruolo nel disegno dello studio, la raccolta e analisi dei dati, la decisione di pubblicare, o la preparazione del manoscritto. Non ci sono conflitti di interesse.

<ol><li>Abramoff, M. D., Magelhaes, P. J., Ram, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image+Processing+with+ImageJ%5BTitle%5D)+AND+%22Biophotonics+International%22%5BJournal%5D)">Image Processing with ImageJ.</a> Biophotonics International. 11, 36-42 (2004).</li>
<li>Anderson, I. M., McKie, S., Elliott, R., Williams, S. R., Deakin, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+human+5-HT+function+in+vivo+with+pharmacoMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropharmacology%22%5BJournal%5D)">Assessing human 5-HT function in vivo with pharmacoMRI.</a> Neuropharmacology. 55, 1029-1037 (2008).</li>
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<li>Jenkins, B. G., Sanchez-Pernaute, R., Brownell, A. L., Chen, Y. C., Isacson, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+dopamine+function+in+primates+using+pharmacologic+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Mapping dopamine function in primates using pharmacologic magnetic resonance imaging.</a> J. Neurosci. 24, 9553-9560 (2004).</li>
<li>Klomp, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lasting+effects+of+chronic+fluoxetine+treatment+on+the+late+developing+rat+brain%3A+age-dependent+changes+in+the+serotonergic+neurotransmitter+system+assessed+by+pharmacological+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Lasting effects of chronic fluoxetine treatment on the late developing rat brain: age-dependent changes in the serotonergic neurotransmitter system assessed by pharmacological MRI.</a> Neuroimage. 59, 218-226 (2012).</li>
<li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li>
<li>Martin, C., Sibson, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pharmacological+MRI+in+animal+models%3A+A+useful+tool+for+5-HT+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropharmacology%22%5BJournal%5D)">Pharmacological MRI in animal models: A useful tool for 5-HT research.</a> Neuropharmacology. 55, 1038-1047 (2008).</li>
<li>McKie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+effects+of+acute+citalopram+detected+by+pharmacoMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology+%28Berl%22%5BJournal%5D)">Neuronal effects of acute citalopram detected by pharmacoMRI.</a> Psychopharmacology (Berl. 180, 680-686 (2005).</li>
<li>Preece, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+that+increased+5-HT+release+evokes+region-specific+effects+on+blood-oxygenation+level-dependent+functional+magnetic+resonance+imaging+responses+in+the+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Evidence that increased 5-HT release evokes region-specific effects on blood-oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging responses in the rat brain.</a> Neuroscience. 159, 751-759 (2009).</li>
<li>Schwarz, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+stereotaxic+MRI+template+set+for+the+rat+brain+with+tissue+class+distribution+maps+and+co-registered+anatomical+atlas%3A+application+to+pharmacological+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI.</a> Neuroimage. 32, 538-550 (2006).</li>
<li>Schwarz, A. J., Gozzi, A., Reese, T., Bifone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+mapping+of+functional+connectivity+in+neurotransmitter+systems+using+pharmacological+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">In vivo mapping of functional connectivity in neurotransmitter systems using pharmacological MRI.</a> NeuroImage. 34, 1627-1636 (2007).</li>
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<li>Smith, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+functional+and+structural+MR+image+analysis+and+implementation+as+FSL%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL.</a> NeuroImage. 23, Suppl 1. S208-S219 (2004).</li>
<li>Stark, J. A., McKie, S., Davies, K. E., Williams, S. R., Luckman, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((5-HT%282C%29+antagonism+blocks+blood+oxygen+level-dependent+pharmacological-challenge+magnetic+resonance+imaging+signal+in+rat+brain+areas+related+to+feeding%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">5-HT(2C) antagonism blocks blood oxygen level-dependent pharmacological-challenge magnetic resonance imaging signal in rat brain areas related to feeding.</a> Eur. J. Neurosci. 27, 457-465 (2008).</li>
<li>Stark, J. A., Davies, K. E., Williams, S. R., Luckman, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+magnetic+resonance+imaging+and+c-Fos+mapping+in+rats+following+an+anorectic+dose+of+m-chlorophenylpiperazine%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Functional magnetic resonance imaging and c-Fos mapping in rats following an anorectic dose of m-chlorophenylpiperazine.</a> NeuroImage. 31, 1228-1237 (2006).</li>
<li>Steward, C. A., Marsden, C. A., Prior, M. J., Morris, P. G., Shah, Y. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methodological+considerations+in+rat+brain+BOLD+contrast+pharmacological+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology+%28Berl%29%22%5BJournal%5D)">Methodological considerations in rat brain BOLD contrast pharmacological MRI.</a> Psychopharmacology (Berl). 180, 687-704 (2005).</li>
<li>Strupp, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulate%3A+A+GUI+based+fMRI+Analysis+Software+Package%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Stimulate: A GUI based fMRI Analysis Software Package.</a> NeuroImage. 3, S607(1996).</li>
<li>Tomasi, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methylphenidate+enhances+brain+activation+and+deactivation+responses+to+visual+attention+and+working+memory+tasks+in+healthy+controls%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Methylphenidate enhances brain activation and deactivation responses to visual attention and working memory tasks in healthy controls.</a> Neuroimage. 54, 3101-3110 (2011).</li>
<li>Woolrich, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bayesian+analysis+of+neuroimaging+data+in+FSL%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Bayesian analysis of neuroimaging data in FSL.</a> NeuroImage. 45, S173-S186 (2009).</li>
<li>Worsley, K. J. Statistical analysis of activation images. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWorsley%2C+KJ+%22Functional+MRI%3A+An+Introduction+to+Methods%22">Functional MRI: An Introduction to Methods</a>. Jezzard, P., Matthews, P. M., Smith, S. M. , OUP. (2001).</li>
</ol>

Non abbiamo nulla da rivelare.

5-HT phMRI è uno strumento promettente per valutare la funzione dei neurotrasmettitori in animali in vivo. Visualizza la risposta del cervello ad un 5-HT sfida con la RM funzionale. MRI ha il grande vantaggio di avere una elevata risoluzione spaziale e non è necessario che l&#39;iniezione di mezzo di contrasto o di molecole radio-marcate evitando così l&#39;esposizione ripetuta alle radiazioni ionizzanti. Questa tecnica è applicabile sia in soggetti umani e animali, e quindi molto adatto per la ricerca traslazionale dei sistemi neurotrasmettitoriali e disturbi psichiatrici. La sua applicazione non è ovviamente limitato al 5-HT percorso ed è già stata ampiamente utilizzata per valutare gli effetti di farmaci dopaminergici sia negli animali e nell&#39;uomo 5,15 22. Tuttavia, phMRI in piccoli animali rimane difficile, come già sottolineato in articoli di revisione da parte di Martin e Steward Sibson 11 e 20. Una di queste sfide è il mantenimento of stabili i parametri fisiologici durante l&#39;acquisizione dell&#39;immagine. La maggior parte degli anestetici può alterare la funzione cardiovascolare e dato che phMRI è criticamente dipendente sui parametri cardiovascolari / emodinamica è essenziale per garantire che i cambiamenti emodinamici sono esclusivamente attribuibili alla sfida dato farmaco. E &#39;quindi di vitale importanza che pCO 2 livelli rimangono costanti durante l&#39;acquisizione di base. Ventilazione meccanica può per garantire la stabilità fisiologica, ed è spesso usato in questo tipo di esperimenti. Abbiamo però scelto di usare free-respirazione animali lasciare aperta la possibilità di effettuare studi longitudinali in futuro. Invece, ampiamente monitorato (e alterata) frequenza respiratoria e valori dei gas ematici per garantire la stabilità fisiologica all&#39;interno dei normali intervalli prima di iniziare la scansione funzionale e in questo modo di mantenere stabile reattività vascolare e quindi T2 * / T2 segnale. La letteratura sugli effetti degli anestetici generali in materia di emodinamica cerebrale e metabolism è abbondante 20 e oltre la portata di questo manoscritto. Abbiamo scelto di usare l&#39;anestesia gassosa con isoflurano ± 2% in questo specifico protocollo, perché con anestetici inalatori, la profondità dell&#39;anestesia può essere rapidamente e facilmente controllabile. Questo è importante nella nostra configurazione per essere sicuri normali gamma stabili pCO 2 livelli prima dell&#39;inizio della acquisizione delle immagini. Isoflurano è il più comunemente usato inalante anestetico oggi e permette una rapida induzione e recupero, che è importante per gli studi longitudinali. Produce anche minima depressione cardiovascolare e respiratoria e induce buon rilassamento dei muscoli scheletrici. In secondo luogo, la somministrazione endovenosa del farmaco sfida è più complicata in piccoli animali che negli esseri umani. L&#39;intervento che è necessario per l&#39;incannulamento dell&#39;arteria femorale e la vena richiede personale ben addestrato ed esperto. A causa di queste procedure invasive è momentaneamente principalmente utilizzati nelle procedure terminali. Tuttavia, il monitoraggio non invasivo della omeostasi sangue e vena iniezione di coda potrebbero essere utilizzati per studi longitudinali 23. In aggiunta, ci sono alcune limitazioni di carattere più generale alla tecnica, che non sono specifici per animali phMRI. Inoltre, come sottolineato da Martin e Sibson 11, una confondere potenziale di tutti gli studi fMRI è che essa si assume che le variazioni dell&#39;attività cerebrale evocata dalla sfida riflettono i cambiamenti nell&#39;attività neuronale, piuttosto che periferici effetti sistemici. Soprattutto nelle strutture profonde del cervello, una comprensione relativamente povero di accoppiamento neurovascolare (rapporto tra i cambiamenti di attività neuronali e le variazioni emodinamiche) rimane. Studi di tipo eseguita da Logothetis 10 per determinare accoppiamento neurovascolare nella corteccia non sono ancora stati eseguiti in altre parti del cervello. È quindi noto che un aumento del segnale BOLD in strutture importanti come il corpo striato o amigdala è telling chi siamo l&#39;attività neuronale. Il meglio potremmo dire in questo momento è che la regione del cervello reagisce alla sfida dato e che a seconda del trattamento e / o le condizioni, siamo in grado di monitorare i cambiamenti significativi della reattività del cervello. Questo può essere verificato in gran parte, cercando in entrambi i dati MRI e le risposte fisiologiche. Lo schema generale di attivazione cervello dovrebbe essere regione specifica e con limitato alle superfici, in questo caso, un elevato 5-HT innervazione, e non tanto una risposta generale vascolare. Inoltre, un diverso profilo temporale tra cambiamenti vascolari ed emodinamici è previsto. Considerando che le variazioni della pressione del sangue ritorneranno ai valori basali pochi minuti, l&#39;effetto del farmaco sulla attivazione BOLD è nel caso di visibile fluoxetina fino alla fine della acquisizione dell&#39;immagine e corrispondono alle note proprietà farmacocinetiche di questo farmaco. Infine, le risposte fisiologiche di tutti gli animali dovrebbero essere simili al fine di rendere inter-soggetto confronti. Nonetheless, è noto che un regolamento neurogena del flusso ematico locale da 5-HT esistono 4. Pertanto non si può escludere che variazioni locali di segnale BOLD possono attribuire ai cambiamenti vascolari dovute al rilascio di 5-HT nella vicinanza di navi. Sebbene questi effetti non sono associati a locali attivazione neuronale e possono pertanto essere considerate come falsi risultati positivi, è anche un indice del funzionamento complessivo specifico di 5-HT sistema (vedi anche 3). Passi critici di questa tecnica sono quindi di monitorare risposte fisiologiche ampiamente e assicurarsi che le condizioni fisiologiche dell&#39;animale sono stabili prima e durante l&#39;acquisizione dell&#39;immagine. Anche le condizioni di scanner deve essere il più stabile possibile ed esattamente lo stesso per ogni animale. La stabilità del segnale della sequenza deve essere verificata e confermata prima dell&#39;inizio dell&#39;esperimento. Inoltre, assicurarsi di avere sempre grandi abbastanza potenza statistica, anche con Grou soggetto piccolops. Per una bella recensione sulle considerazioni sperimentali di animali phMRI in generale, vedere Steward 20 e per un ulteriore esempio di un protocollo sperimentale per fMRI farmacologica nel ratto e nel topo, vedere la Ferrari 5. Eventuali modifiche della tecnica qui descritti sono numerosi. Si potrebbe: <ol><li> utilizza un farmaco diverso per 5-HT sfida, come un altro SSRI o recettore 5-HT (ant) agonisti 16,13,18,7 o anche una doppia sfida, al fine di rivelare i meccanismi alla base di azione dei farmaci 6,19; </li><li> usare una diversa configurazione sperimentale, come ad esempio un diverso regime di anestesia, ventilazione meccanica, sangue piscina agenti di contrasto, invece di BOLD 15, studi longitudinali (animale ha bisogno di essere mantenuto in vita, quindi non invasiva della pressione sanguigna / sangue di misura gas e / o ventilazione meccanica sono possibili), o anche combinazioni con altri invasive) i metodi, quali la registrazione dell&#39;attività neuronale utilizzando MR-compatibile electrodes 10 o PET / SPECT studi 4; </li><li> utilizzare diversi metodi di analisi dei dati di risonanza magnetica come metodo &#39;p-block&#39; di McKie 12 o analisi di connettività funzionale 15. </li></ol> Quali scelte si fanno nel setup sperimentale è fortemente dipendente dalle possibilità di e / o l&#39;esperienza all&#39;interno del vostro laboratorio e il tipo di domanda di ricerca che si desidera rispondere.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / apparecchiatura </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Comments </td></tr><tr><td> Isoflurano </td><td> ABBOTT <a href="http://www.abbott.co.uk/" target="_blank">Abbott Laboratories Ltd., Maidenhead, UK</a> </td><td> No B506 </td><td> Mescolare con aria medicale </td></tr><tr><td> Aria medicale </td><td> <a href="http://www.bochealthcare.co.uk/" target="_blank">BOC Healthcare</a> </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Riscaldamento pad </td><td> <a href="http://www.harvardapparatus.co.uk/" target="_blank">Harvard Apparatus</a> </td><td> 507223F <a href="http://www.harvardapparatus.co.uk/webapp/wcs/stores/servlet/haisku3_10001_11555_39108_-1_HAUK_ProductDetail_N_37610_37611_37613" target="_blank">Sistema completo Blanket omeotermi con sonda flessibile, Medium, 230 VAC, 50 Hz</a> </td><td></td></tr><tr><td> Silk l<html> igature </td><td> <a href="http://www.harvardapparatus.com/" target="_blank">http://www.harvardapparatus.com/</a> </td><td> <a href="http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/product_11051_10001_43051_-1_HAI_ProductDetail" target="_blank">2-0 di seta nera intrecciata non assorbibile</a> Num Cat 51-7631 </td><td></td></tr><tr><td> PE-50 Cannula </td><td> <a href="http://www.scientificlabs.co.uk/" target="_blank">http://www.scientificlabs.co.uk/~~V</a> </td><td> <a href="http://www.scientificlabs.co.uk/product/TUB3662" target="_blank">Portex tubi PE 0.58x0.96mm</a> </td><td> 0,58 ID 0,96 millimetri OD </td></tr><tr><td> Eparina sodica </td><td> <a href="http://www.leo-pharma.com/Home/Products/List-of-LEO-Pharma-products.aspx" target="_blank">Leo Laboratories Ltd, Bucks., UK</a> </td><td> Eparina di sodio 1000IU/ml </td><td> 15 U / ml </td></tr><tr><td> Tessuto adesivo Vetbond </td><td> <a href="http://solutions.3m.co.uk" target="_blank">3M</a> </td><td>ttp :/ / solutions.3m.co.uk/wps/portal/3M/en_GB/HealthCare/Home/ProdInfo/VetProducts / &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; M tessuto adesivo Vetbond </td><td></td></tr><tr><td> Sistema di controllo </td><td> <a href="http://www.i4sa.com/" target="_blank">SA Instruments</a> </td><td> <a href="http://www.i4sa.com" target="_blank">http://www.i4sa.com</a> <a href="http://69.20.42.253/web_app/main/defaultProduct.aspx?ID=16&amp;PT=3" target="_blank">Modello sistema di monitoraggio 1025L</a> </td><td> Monitor respirazione e la temperatura </td></tr><tr><td> Trasduttore di pressione </td><td> <a href="http://www.biopac.com/" target="_blank">BIOPAC Systems Corp</a> </td><td> <a href="http://www.biopac.com/blood-pressure-transducer" target="_blank">BLOOD TRASDUTTORE DI PRESSIONE - TSD104A</a> <a href="http://www.biopac.com/data-acquisition-analysis-system-mp150-system-windows" target="_blank">MP150 SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI - WIN - MP150WSW</a> </td><td> Monitor pressione arteriosa </td></tr><tr><td> RapidLab sangue analizzatore di gas </td><td> <a href="http://www.medical.siemens.com/" target="_blank">Siemens Diagnostics</a> </td><td> <a href="http://www.medical.siemens.com/webapp/wcs/stores/servlet/ProductDisplay~q_catalogId~e_-111~a_catTree~e_100001,1023069,1016115~a_langId~e_-111~a_productId~e_172940~a_storeId~e_10001.htm" target="_blank">RAPIDLab 248/348 Sistemi</a> </td><td></td></tr><tr><td> Animale scanner 4.7T </td><td> Agilent Technologies (precedentemente Magnex) 4.7T frequenza di 199,845 MHz </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MR letto stereotassico compatibile </td><td> <a href="http://www.m2mimaging.com/products/preclinical.html" target="_blank">m2m Imaging Corp</a> </td><td> Rat letto: elemento PA Multi AHS 50-72-1003/100 </td><td></td></tr><tr><td> Bobina </td><td> <a href="http://www.m2mimaging.com/products/preclinical.html" target="_blank">m2m Imaging Corp</a> </td><td> Volume TH / Rx RQD1 72/112 200 </td><td></td></tr><tr><td> Fluoxetina cloridrato </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F-132 </td><td> 5mg/kg in soluzione salina </td></tr></tbody></table>

l&#39;uso di farmacologiche-sfida fmri in ricerca pre-clinica: applicazione del sistema 5-ht

The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System

Farmacologico MRI (phMRI) è un metodo nuovo e promettente per studiare gli effetti delle sostanze sulla funzione del cervello che potrà poi essere usati per svelare sottostanti meccanismi neurobiologici alla base dell&#39;azione dei farmaci e neurotrasmettitori disturbi, quali depressione e ADHD. Come la maggior parte dei metodi di imaging (PET, SPECT, CT) rappresenta un progresso nello studio delle patologie cerebrali e la relativa funzione di percorsi neurotrasmettitori in modo non invasivo nel rispetto della connettività complessiva neuronale. Inoltre fornisce anche lo strumento ideale per la traduzione alle indagini cliniche. MRI, mentre ancora dietro in strategie di imaging molecolare rispetto al PET e SPECT, ha il grande vantaggio di avere una elevata risoluzione spaziale e senza necessità per l&#39;iniezione di un mezzo di contrasto o molecole radio-marcate, evitando l&#39;esposizione a radiazioni ionizzanti ripetitiva . Risonanza magnetica funzionale (fMRI) è ampiamente utilizzato in ambiente di ricerca e clinica, dove è generally combinato con un compito psico-motoria. phMRI è un adattamento del fMRI che consente lo studio di un sistema neurotrasmettitore specifico, come la serotonina (5-HT), in condizioni fisiologiche o patologiche dopo l&#39;attivazione tramite somministrazione di un farmaco specifico impegnativo. L&#39;obiettivo del metodo qui descritto è di valutare cervello 5-HT funzione in free-respirazione animali. Sfidando il 5-HT sistema, mentre allo stesso tempo l&#39;acquisizione di immagini di risonanza magnetica funzionale nel corso del tempo, la risposta del cervello a questa sfida può essere visualizzato. Diversi studi su animali hanno già dimostrato che il farmaco-indotto un aumento dei livelli extracellulari di esempio 5-HT (distaccanti, selettivi del re-uptake bloccanti, ecc) evocano regionali specifici cambiamenti nel livello di ossigenazione del sangue segnali MRI dipendenti (BOLD) (segnale dovuto ad una variazione dei livelli emoglobina ossigenata / deossigenata si verificano durante l&#39;attivazione del cervello attraverso un aumento dell&#39;apporto ematico per fornire l&#39;ossigeno e glucose ai neuroni esigenti) fornendo un indice di funzione neurotrasmettitore. È stato inoltre dimostrato che questi effetti possono essere invertito trattamenti che diminuzione 5-HT disponibilità 16,13,18,7. In ratti adulti, i cambiamenti segnale BOLD acuta dopo somministrazione degli SSRI sono stati descritti in diversi 5-HT regioni del cervello collegate, vale a dire le aree corticali, ippocampo, ipotalamo ed il talamo 9,16,15. La stimolazione del sistema 5-HT e la sua risposta a questo problema può essere quindi usato come una misura della sua funzione sia negli animali e nell&#39;uomo 2,11.

L&#39;obiettivo di questa tecnica è quello di valutare serotonina (5-HT) in funzione di neurotrasmettitore l&#39;animale vivo e respiro libero con farmacologica risonanza magnetica (phMRI) e una sfida per via endovenosa con un inibitore selettivo della ricaptazione della serotonina (SSRI), fluoxetina.

L&#39;uso di Farmacologiche-sfida fMRI in ricerca pre-clinica: Applicazione del sistema 5-HT

La risonanza magnetica farmacologica (phMRI) è un metodo nuovo e promettente per studiare gli effetti di diverse sostanze sulla funzione cerebrale, che può essere impiegato in ultima analisi per svelare ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è valutare la funzione del neurotrasmettitore serotonina o 5-HT in un animale in respirazione libera mediante imaging a risonanza magnetica farmacologica e una somministrazione endovenosa di un inibitore selettivo della ricaptazione della serotonina, la fluoxetina. Questo viene ottenuto combinando la risonanza magnetica funzionale con una prova farmacologica dopo misurazioni iniziali di base, utilizzata per visualizzare la risposta emodinamica cerebrale al farmaco specifico prima dell'inizio e durante l'esperimento. È necessario un monitoraggio e un mantenimento approfonditi delle risposte fisiologiche dell'animale per garantire che la risposta cerebrale visualizzata con la fMRI sia attribuibile esclusivamente alla sfida farmacologica somministrata.Infine, viene effettuata un'analisi statistica dei dati di risonanza magnetica al fine di determinare i voxel cerebrali che mostrano varianti del segnale rispetto ai valori basali e che quindi possono essere attribuiti alla stimolazione serotoninergica. I risultati ottenuti forniscono un'indicazione sulla funzione serotoninergica cerebrale in base alla risposta del cervello a una stimolazione serotoninergica, misurata mediante risonanza magnetica funzionale. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi di imaging esistenti, come la PET o la SPECT, è che è meno invasiva, poiché non richiede l'uso di traccianti radioattivi.È quindi una tecnica molto adatta alla ricerca traslazionale, poiché può essere utilizzata anche su soggetti umani vulnerabili, come bambini o pazienti. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sul funzionamento del sistema serotoninergico, può essere applicato anche ad altri sistemi di neurotrasmettitori utilizzando una diversa sfida farmacologica, come ad esempio il sistema dopaminergico mediante una sfida con anfetamina. Per iniziare questo esperimento, anestetizzare completamente il ratto, quindi cannullare l'arteria e la vena femorale per effettuare misurazioni dei gas ematici e della pressione arteriosa, nonché per somministrare il farmaco di sfida. Al termine dell'intervento chirurgico, ridurre il livello di anestesia al 2% per il mantenimento.In base ai valori dei gas nel sangue arterioso. Utilizzare un sistema di riscaldamento ad aria calda per mantenere la temperatura corporea entro 1,5 gradi rispetto a 37 gradi Celsius e tenere presente che la risonanza magnetica può influenzare la temperatura. È inoltre possibile posizionare un letto ad acqua calda all'interno del lettino stereotassico.Successivamente, posizionare l'animale su un lettino stereotassico compatibile con la risonanza magnetica in posizione prona, utilizzando barre auricolari e dentale per mantenere la posizione della testa. Posizionare una cuffia respiratoria collegata a un sensore di pressione sotto l'animale per monitorare e registrare la frequenza respiratoria dell'animale durante l'imaging.Collegare inoltre la linea arteriosa a un trasduttore di pressione per monitorare la pressione sanguigna arteriosa. In questo caso, si utilizza un sistema MRI per piccoli animali da 4,7 Tesla con diametro interno di 72 millimetri e una bobina RF cilindrica quadratura per trasmissione e ricezione. Successivamente, posizionare il lettino all'interno del foro dello scanner MRI.Dopo aver posizionato l'animale nello scanner, è necessario monitorare costantemente le risposte fisiologiche per assicurare che l'animale rimanga stabile, completamente anestetizzato e in respirazione spontanea per tutta la durata della procedura. Per l'imaging in vivo, è importante evitare qualsiasi modifica al regime anestetico durante la scansione MRI del pH. Poiché ciò potrebbe influenzare il segnale MR, i valori dei gas nel sangue arterioso devono essere stabili e rientrare negli intervalli indicati qui.Prima di iniziare la scansione MRI del pH, se necessario, regolare leggermente il livello di anestesia per consentire una respirazione più profonda o più superficiale e verificare i valori. Dopo un breve periodo, la frequenza respiratoria dovrebbe stabilizzarsi tra 45 e 75 atti respiratori al minuto, mentre la pressione sanguigna dovrebbe mantenersi costante tra 100 e 150 millimetri di mercurio. La sfida farmacologica indurrà variazioni di questi parametri, come descritto.In seguito nel protocollo, iniziare l'acquisizione con un'immagine preliminare a tre piani per posizionare correttamente il cervello al centro del campo visivo della risonanza magnetica. Successivamente, utilizzare la correzione locale dello shim per migliorare l'omogeneità del campo magnetico. Quindi, acquisire un volume dell'immagine anatomica pesata in T2 ai fini della registrazione e della segmentazione.Si raccomandano 30 sezioni coronali di uno spessore di un millimetro, centrate a otto millimetri dal margine posteriore del bulbo olfattivo. Per i parametri specifici delle immagini che garantiscono la costanza di tutte le risposte fisiologiche, consultare il manoscritto. Proseguire con la scansione MRI in pH qui.Viene utilizzato un turbo spin-echo pesato in T2 e vengono acquisiti 32 volumi. Con un tempo totale di scansione di 84 minuti. Acquisire un certo numero di volumi di base prima di somministrare il farmaco di prova, almeno per 10 minuti.Assicurarsi di iniziare l'infusione esattamente allo stesso tempo per tutti gli animali all'interno di uno studio. In questo protocollo, l'amministrazione è stata avviata all'inizio del nono volume dopo circa 21 minuti di scansione basale. Si noti che la sfida farmacologica con fluoxetina indurrà un breve aumento del 15-20% della frequenza respiratoria, nonché un breve ma ripido calo di circa il 20% della pressione arteriosa.Questo dovrebbe ripristinarsi entro cinque-dieci minuti. Assicurarsi che il periodo di imaging post-infusione sia sufficientemente lungo da permettere la visualizzazione dei cambiamenti del segnale e il raggiungimento dello stato stazionario o del recupero del segnale RM, a seconda della domanda di ricerca e della scelta della sfida farmacologica. Al termine dell'imaging, rimuovere l'animale dallo scanner ed eseguire una misurazione finale dei gas del sangue per garantire la stabilità dei parametri emogasanalitici durante l'acquisizione delle immagini descritta.Di seguito sono riportati diversi passaggi della pre-elaborazione dei dati RM per ottimizzare i dati ai fini dell'analisi statistica. Gli strumenti menzionati sono solo suggerimenti, poiché sono disponibili molte alternative. In primo luogo, convertire tutte le immagini grezze in un formato di file compatibile con il software di analisi RM da utilizzare.Successivamente, al fine di garantire la compatibilità con algoritmi di analisi progettati per l'uso con dati umani, la dimensione della tana della volpe dovrebbe essere moltiplicata per un fattore 10. Assicurarsi di controllare visivamente le immagini alla ricerca di irregolarità e artefatti di orientamento, rapporto segnale-rumore e scartare le scansioni con artefatti evidenti o movimenti eccessivi, poiché altererebbero i risultati. L'orientamento di tutte le scansioni deve essere simile tra le immagini anatomiche e funzionali e concorde con il cervello di riferimento utilizzato per la correzione.Per eventuali artefatti di movimento nelle serie temporali in 4D, utilizzare uno strumento di correzione del movimento come fsls flt, che impiega una registrazione fine tra immagini cerebrali intermodali. Successivamente, eseguire la segmentazione cerebrale sia per le serie temporali in 4D che per l'immagine anatomica 3D. A tale scopo, può essere utilizzato lo strumento FSL, BET.Le impostazioni predefinite sono state sviluppate per l'uso con cervelli umani. Pertanto, assicurarsi di ottimizzare i valori per il cervello del ratto. L'obiettivo dell'analisi statistica è determinare i voxel che mostrano varianti aggiuntive attribuibili alla somministrazione del farmaco.Sono disponibili diversi approcci e pacchetti software per questo scopo. Di seguito viene suggerito un metodo da applicare prima dell'analisi. Deve innanzitutto essere determinato un modello lineare generale contro cui sottoporre i propri dati a test.Questo può essere un semplice modello on/off quadrato oppure un modello specifico basato sui dati. Per un modello basato sui dati, eseguire un test T a due campioni su tutti i volumi di baseline rispetto a tutti i volumi post stimolo. Il primo volume e il volume durante il quale viene somministrato lo stimolo devono essere esclusi poiché potrebbero non rappresentare uno stato stazionario; successivamente discriminare tutti i voxel con una variazione superiore a una certa percentuale rispetto al baseline, ad esempio una variazione media del 1%, e mediare l'andamento temporale in tutti i voxel discriminati per ottenere un'indicazione della forma del modello.Questo permette di determinare se la stimolazione ha avuto un effetto immediato o ritardato, se l'effetto raggiunge un plateau o un picco, e se l'effetto diminuisce nuovamente nel corso temporale della scansione. Questo può essere effettuato per tutti gli animali e successivamente mediato per ottenere la variazione media del segnale in tutti gli animali. Questo costituirà il modello per il tuo GLM basato sui dati.Successivamente, all'interno dello strumento di analisi, è necessario configurare un'analisi di primo livello. Impostare il TR e osservare che non è necessario applicare un filtro passa-alto o passa-basso, né effettuare una smoothing spaziale dei dati utilizzando un kernel a larghezza a mezzo massimo di otto millimetri. A questo punto, sottoporre statisticamente a test la serie temporale grezza in quattro dimensioni di ciascun animale rispetto al modello lineare generale precedentemente stabilito.Questa è la tua variabile esplicativa, cioè la matrice di progettazione o forma d'onda contro cui stai testando i tuoi dati. Successivamente, applica una soglia all'immagine statistica risultante per indicare quali voxel o gruppi di voxel sono attivati a un determinato livello di significatività. Dovrebbero essere utilizzate correzioni per confronti multipli a causa dell'elevato numero di voxel testati.Infine, normalizzare spazialmente i dati rispetto a un riferimento al fine di eseguire statistiche di gruppo. Prima, registrare i dati funzionali all'immagine anatomica estratta del cervello dell'animale, e successivamente all'immagine di riferimento. Quindi avviare l'analisi premendo "go" e verificare il risultato.Dopo questo, l'analisi di primo livello di tutti gli animali può essere combinata in un'analisi statistica di livello superiore. Ciò dipende fortemente dallo studio, dal disegno sperimentale e dalle domande di ricerca specifiche. Le risposte fisiologiche registrate possono inoltre essere associate al segnale RM, se necessario.Quando il farmaco difficile entra nel sistema vascolare, dovrebbe essere visibile una chiara risposta fisiologica. La fluoxetina provoca un aumento della frequenza respiratoria nonché una diminuzione della pressione sanguigna. Queste risposte si normalizzano in media entro cinque-dieci minuti.Qui, questa diminuzione della pressione sanguigna è chiaramente visibile. Un buon esempio di un voxel attivato positivo e del relativo andamento temporale del segnale può essere osservato qui. L'andamento temporale medio del segnale nei voxel attivati dovrebbe mostrare una linea di base relativamente stabile e un effetto chiaro della stimolazione.Preferibilmente, non dovrebbero esserci problemi legati alla deriva dipendente negli artefatti del segnale; ad esempio, la depressione o l'arresto respiratorio, o cambiamenti nell'anestesia sono spesso chiaramente visibili nel segnale. Un esempio di perdita generale del segnale dovuta alla depressione respiratoria è mostrato qui dopo l'analisi di primo livello. Ci si aspetta che il modello di attivazione sia principalmente positivo e localizzato esclusivamente in specifiche regioni correlate alla serotonina, come le aree corticali, l'ippocampo, l'ipotalamo e il talamo.Se l'intero cervello mostra una diminuzione lineare del segnale RM, questo è spesso indicativo di effetti più sistemici. Ad esempio, due anestesie profonde o una depressione respiratoria stava anche guardando questo video. Dovresti avere una buona comprensione di come valutare la funzione del neurotrasmettitore serotonina, l'animale libero da vincoli e in respirazione spontanea mediante risonanza magnetica farmacologica e una sfida endovenosa con un inibitore selettivo della ricaptazione della serotonina.Non dimenticare che lavorare con campi magnetici elevati può essere estremamente pericoloso, e si devono sempre adottare precauzioni per evitare che oggetti metallici magnetici si trovino all'interno del campo magnetico durante l'esecuzione di questa procedura. Ciò significa che tutte le apparecchiature utilizzate per monitorare l'animale durante l'acquisizione delle immagini devono essere più compatibili.

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