Un metodo generale per la valutazione effetti di stimolazione cerebrale profonda per via endovenosa Methamphetamine Self-Amministrazione

L'obiettivo generale di questa procedura è valutare gli effetti della stimolazione cerebrale profonda, temporale e spazialmente separata dall'ambiente di assunzione della metanfetamina endovenosa nei roditori. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nella psichiatria delle dipendenze, come: la stimolazione elettrica di specifiche aree cerebrali può ridurre l'abuso di sostanze, e in quali circostanze questa terapia risulta più efficace? Il principale vantaggio di questa tecnica è che la terapia elettrica viene somministrata in un momento diverso e in un contesto differente rispetto all'ambiente di assunzione della droga.

Questa procedura si avvicina maggiormente a ciò che sarà possibile nei pazienti umani. A dimostrare questa procedura sarà la dottoressa Vinita Batra, una delle nostre borsiste post-dottorato nel nostro laboratorio, e il signor Glenn Guerin, il nostro tecnico capo di laboratorio. I preparativi per questo esperimento sono descritti nel protocollo testuale.

Per iniziare, caricare i ratti nelle camere operanti nel modo più rapido e tranquillo possibile per minimizzare gli artefatti comportamentali. Sciacquare il catetere del ratto con 0,1 millilitri di soluzione salina allo 0,9% per garantire la pervietà della linea prima dell'inizio dell'esperimento. Successivamente, collegare un guinzaglio a molla in acciaio inossidabile alla cannula guida presente sulla schiena del roditore.

Collegare l'altra estremità della cannula a un giunto rotante a tenuta stagna posizionato sopra la camera operante. Affinché i ratti imparino rapidamente il compito di auto-somministrazione, eseguire le sessioni per sei ore al giorno per quattro o cinque giorni consecutivi, sempre pressappoco alla stessa ora del giorno. Per ogni pressione della leva attiva, somministrare un'infusione di metanfetamina, seguita da un periodo di timeout di 30 secondi durante il quale la leva non eroga nulla.

Entro la fine della prima settimana, i roditori saranno in grado di somministrarsi autonomamente la metanfetamina. Durante la seconda settimana di addestramento, sottoponete i ratti a sessioni quotidiane di due ore, dal lunedì al venerdì, per mantenere e perfezionare l'auto-somministrazione endovenosa di metanfetamina. Continuate a effettuare le sessioni con un rapporto fisso di uno, con pause di trenta secondi.

Una risposta stabile e intensa si raggiunge quando il numero totale di infusioni di metanfetamina in ciascuna serie di tre sessioni consecutive varia di meno del dieci percento. Un altro indicatore di risposta intensa stabile si verifica quando il numero cumulativo di infusioni nei primi trenta minuti è maggiore rispetto al numero cumulativo di infusioni durante i secondi trenta minuti. Quando i ratti sviluppano questo schema di assunzione della droga, ciò indica un comportamento da dipendenza e non un semplice uso occasionale.

Al termine di ogni sessione, preparare una siringa per lavare il catetere e scollegare il guinzaglio dalla schiena del roditore. Lavare il catetere del ratto con 0,1 millilitri di soluzione salina 0,9% contenente 800 UI di streptochinasi per prevenire la formazione di coaguli sanguigni. Dopo il lavaggio, inserire una guaina su ciascun cannula guida per evitare ostruzioni.

Quindi, restituire il ratto alla sua gabbia di mantenimento. Consultare il protocollo testuale per verificare la pervietà dei cateteri e per sapere come affrontare i problemi comuni in questo esperimento. Preparare da dieci a dodici scatole in Plexiglas per questo esperimento.

In ogni scatola, coprire l'esterno di tre pareti con carta opaca rigida per impedire ai ratti di vedersi a vicenda. Tuttavia, lasciare la parete frontale trasparente per poter osservare gli animali durante le sessioni di stimolazione. Successivamente, coprire parzialmente la parte superiore delle scatole con un pannello rigido per impedire ai ratti di uscire, consentendo comunque il flusso d'aria.

Nel pannello superiore, posizionare i collettori per il collegamento elettrico tra il tappo cranico del roditore e il sistema di stimolazione. Utilizzare un sistema di stimolazione in grado di erogare una corrente costante a più animali contemporaneamente per gli esperimenti di DBS. Il sistema dovrebbe includere un'interfaccia programmabile.

Utilizzando cavi di lunghezza personalizzata, collegare le porte dei canali degli stimolatori al basamento elettronico superiore di ciascun commutatore. Successivamente, collegare il basamento elettronico inferiore del commutatore al basamento dell'elettrodo impiantato sulla corona cranica del roditore mediante cavi da 16 pollici racchiusi in una molla di acciaio inossidabile. Il cavo deve permettere al ratto di muoversi liberamente in ogni zona dell'ambiente senza esercitare una tensione significativa sulla corona cranica.

Un cavo che arriva fino al punto in cui la testa del ratto può spostarsi quando è appoggiato su quattro zampe è generalmente abbastanza lungo. Per programmare il sistema, utilizzare un linguaggio di programmazione visuale per specificare quali funzioni verranno svolte da ciascun dispositivo al fine di raggiungere gli obiettivi sperimentali e quali dati verranno memorizzati e/o proiettati per la visualizzazione in tempo reale. Specificare la frequenza, la larghezza dell'impulso e l'ampiezza desiderate nel pannello di controllo visuale prima dell'inizio dell'esperimento.

I parametri tipici per la stimolazione ad alta frequenza nei ratti sono simili a quelli utilizzati nella stimolazione cerebrale profonda clinica nell'uomo. Una frequenza di 130-180 Hertz, una larghezza dell'impulso di 60-90 millisecondi e un'ampiezza della corrente di 100-250 microampere. Per l'esperimento di stimolazione cerebrale, durante il posizionamento dei ratti nelle scatole, collegare il cavo a molla in acciaio inossidabile dal commutatore a ciascun basamento dell'elettrodo sul casco cranico.

Testare innanzitutto l'impedenza di ciascun elettrodo utilizzando una corrente di cinque microampere a 1000 hertz per due secondi. Se l'impedenza di un elettrodo è pari o inferiore a 125 chilo Ohm, procedere con l'esperimento. In caso contrario, prendere in considerazione la rimozione dell'animale dall'esperimento poiché la resistenza dell'elettrodo potrebbe ridurre la corrente a livelli potenzialmente sub-terapeutici.

Iniziare con una o due sessioni di prova per abituare i ratti. Non applicare alcuna terapia attiva durante queste sessioni. Immediatamente dopo ogni sessione di prova, trasportare i ratti nelle scatole operanti per la loro sessione giornaliera di auto-somministrazione endovenosa di metanfetamina della durata di due ore.

Per l'esperimento, suddividere casualmente i ratti in due gruppi: un gruppo con stimolazione attiva e un gruppo con stimolazione fittizia che riceve sessioni simulate. Eseguire le sessioni giornaliere di stimolazione cerebrale profonda per cinque giorni, per tre ore al giorno. Osservare attentamente gli animali durante una parte di ogni sessione di stimolazione per verificare se questa provochi alterazioni evidenti del comportamento.

Immediatamente dopo ogni sessione di stimolazione cerebrale profonda, iniziare la sessione giornaliera di autoamministrazione endovenosa di metanfetamina nei ratti. Dopo il posizionamento dei cateteri endovenosi nella giugulare e degli elettrodi per la stimolazione cerebrale profonda intracranica, i ratti hanno acquisito e aumentato l'autoamministrazione della droga dopo due giorni di accesso prolungato alla metanfetamina. Successivamente, i ratti sono stati sottoposti a un programma operante giornaliero di due ore per prevenire la tossicità da metanfetamina e stabilire una frequenza costante di risposta che potesse essere modificata da diverse interazioni terapeutiche.

Al sesto giorno di addestramento operante, i ratti hanno sviluppato una maggiore motivazione ad assumere la droga, come indicato dall'emergere di un modello di assunzione caratterizzato da un carico iniziale elevato. Questo modello è stato in gran parte mantenuto nelle sessioni successive. Dopo aver stabilito questo modello stabilizzato di abuso di droga, è stata somministrata una stimolazione cerebrale profonda secondo il protocollo descritto.

Ciò ha determinato una marcata riduzione dell'assunzione operante di metanfetamina per via endovenosa. Una volta acquisita, questa tecnica può essere completata in un arco di tempo di due a quattro settimane, utilizzando circa dieci-dodici animali per gruppo. Questo approccio è particolarmente adatto per testare gli effetti della stimolazione cerebrale profonda, data la limitata durata dei tappi cranici e dei cateteri endovenosi nei roditori che assumono metanfetamina.

Questa procedura può essere utilizzata per studiare parametri elettrici alternativi, diversi bersagli cerebrali e nuovi schemi di somministrazione, nonché combinazioni di terapia elettrica e agenti farmacologici che potrebbero determinare una modificazione comportamentale duratura.