脳深部刺激療法(DBS)手術の治療効果の根底にあるメカニズムは調査が必要です。この論文で提示された方法は、DBS手術後の神経新生を促進する可能性のある候補遺伝子の遺伝子発現プロファイルを分析することにより、DBSによって引き起こされる細胞イベントを調べるための実験的アプローチについて説明しています。
Method Article
脳深部刺激療法(DBS)手術の治療効果の根底にあるメカニズムは調査が必要です。この論文で提示された方法は、DBS手術後の神経新生を促進する可能性のある候補遺伝子の遺伝子発現プロファイルを分析することにより、DBSによって引き起こされる細胞イベントを調べるための実験的アプローチについて説明しています。
そのような大脳基底核、視床、及び視床下領域などの脳の様々な領域を標的脳深部刺激(DBS)手術は、薬物療法に応答しなかったいくつかの運動障害のための効果的な治療である。 DBS手術の分野における最近の進歩は、病的肥満、うつ病や強迫性障害など多様な他の条件にこの手術法の適用を拡張するために始めている。これらの拡大兆候にもかかわらず、ほとんどのDBS手術の有益な効果を促進する基盤となる生理学的メカニズムについて知られている。この問題に対する一つのアプローチは、電気刺激を受ける神経細胞における遺伝子発現解析を行うことである。以前の研究では、ラットの歯状回でその神経発生を示している視床1の前核の標的にDBSに誘発される。 ATNを標的DBS手術は、難治性てんかん治療のために広く使用されている。したがって、多くinteresのです私たちは電気的にATNを刺激することにより誘発される転写の変化を探索するためのT。本稿では、我々は、成体雄WistarラットにATNをターゲットに定位的に誘導DBSの手術のために私たちの方法論を説明します。また、遺伝子発現の変化を測定するための組織切開、RNA単離、cDNA調製および定量的RT-PCRのための後続のステップを議論する。この方法が適用され、一般的に臨床的に標的と大脳基底核および脳の他の領域を刺激するために変更することができる。ここに記載の遺伝子発現研究は、DBSのメカニズムを導くことができる分子のプレイヤーを発見するための標的候補遺伝子アプローチを想定している。
電気的に脳回路を刺激する可能性は2を探索したときの神経外科技術として、脳深部刺激の発展の歴史は1870年代にまでさかのぼります。 1960 3で起動ニューロンの障害の治療のような慢性の高頻度刺激を使用する。その後、慢性移植DBS電極4-6の出現により1990年代に、DBSにより処理したニューロンの障害の数が増加し続けた。深部脳刺激は、最初本態性振戦6の治療薬として米国で使用された。今日、手術は現在、薬理学的介入によって治療不可能であるニューロンの障害の治療に広く使用されている。 DBSは現在、パーキンソン病およびジストニア7-9の運動障害を治療するために使用される。アルツハイマー型認知症、ハンチントン病、てんかん、痛みや神経精神疾患、うつ病、OCD、トゥーレット7;症候群と中毒はDBS 10-12による治療の影響を受けやすい条件のいくつかである。 DBS手術はFDAは、パーキンソン病、ジストニア、および本態性振戦の治療のために承認されているが、前述の他の状態を治療するためのDBSの使用は、患者13,14に多くの約束を提供する実験室の様々な段階および臨床試験である。
臨床的に、DBS手術は2段階で行われる。第一段階は、外科的に放射線位置の組み合わせを使用して、標的の解剖学的位置にDBS電極を配置することを含む、CT、MRI、ならびに強化精度化微小電極の測定値。第二段階は、患者の胸の上部にパルス発生器を注入し、パルス発生器に頭皮から延長リードを設置することを含む。神経学的状態に基づいて、パルス発生器のためのいくつかのプログラミング方式が標準化され、所望の電圧を供給するために使用される。最終巻最小の電圧15と最良の臨床応答を受信するように、モンタージュは、段階的に達成される。しかし、我々の研究では、臨床的に使用される慢性DBSインプラントとは異なり、簡単のために、私たちは、動物モデルにおいて(1時間)1回の高頻度刺激を研究に頼ってきた。
当社グループの研究の一部は、治療抵抗性てんかんのためのDBS手術の使用を研究に焦点を当てています。高周波刺激を使用して、定位外科的アプローチは、てんかん10,16,17の全発生率の約30%を構成する、医学的に難治性てんかんを治療するための効果的なオプションとして、多くの他の人が検討されている。皮質表面を標的小脳刺激ならびに深部小脳核てんかん10,18,19を治療するための標的として過去に使用されてきた。また、海馬刺激も試みたが、結果はまちまち20,21とされています。他のいくつかを調べてんかんのためのDBSターゲットは大脳皮質、視床、視床下核と迷走神経8が含まれています。しかし、過去数年間でいくつかの研究から以下の結果は、視床前核(ATN)は、てんかん治療10,22のための最も一般的なDBSターゲットとして浮上している。神経解剖学的回路および動物モデルからの所見についての知識に基づいて、いくつかの研究は、てんかんの治療における23-26 ATNの深部脳刺激の治療効果に焦点を当てている。 ATNは、辺縁系回路の一部であり、発作頻度に影響する脳の領域に位置している。によるHamani らの研究では、ピロカルピン誘発性てんかんモデルでATN-DBSの有効性をテストし、二国間のATN刺激がピロカルピン誘発性発作とてんかん重積状態24のための待ち時間を延長していることを発見した。さらに、ATNの高周波刺激はディスコグラフィのペンチレンテトラゾール(PTZ)モデルにおける発作頻度を低減することが見出された25,27-29 ilepsy。 Lee らは 、難治性部分てんかん30を治療する際にATNの慢性脳深部刺激の際に約75%の発作頻度の平均の減少を報告している。
治療難治性てんかんに関する最近の臨床研究では、視床前核(ATN)22ターゲットとDBS手術後の有望な結果を示している。治療難治性てんかん(サンテトライアル)用のATNの二国間のDBSを受けた110人の患者との多施設ランダム化臨床試験では、約40%の31による発作頻度の低下を示した。この研究からの結果はまた、手術後2〜3ヶ月で観測された遅延最適抗てんかん作用に示唆した。戸田らによるさらなる研究。、彼らは動物モデル1において、後でポストDBS(日3-5)で起こって神経発生を実証したこれらの知見と裏付け。また、Encinasのら、海馬neurogeneを報告しているATN 32の高頻度刺激後の成体マウスの歯状回におけるSIS。これまでの研究33-35は、慢性側頭葉てんかんと学習障害、記憶障害と自発的な再発性運動発作との関連など、特定のてんかんのケースで減少海馬の神経新生を報告している。さらに、このような動物モデル33における慢性てんかん海馬におけるFGF2およびIGF-1などの神経幹細胞前駆要因の減少があった。これを考慮し、歯状回における神経新生の増加を示しているようなDBSなどのインターベンショナル戦略が研究のための刺激的な道である。これらの知見は、てんかんのための神経発生後のDBS治療の基礎となるメカニズムの中にさらに深く探求する私たちを奨励しています。我々は両方の一方的に(データは報告されていない)だけでなく、左右(代表的な結果で)ATNを目標とし、ラットの歯状回における上昇ニューロトロフィン(BDNF)の発現を見てきました。私たちのCurrent仮説はBDNF発現は、DBSの手術の抗てんかん効果に変換神経新生で最高潮に達した遺伝子発現カスケードを開始するということです。本稿では、DBSの恩恵を根底にあるメカニズムを研究するための魅力的なアプローチとして、遺伝子発現解析に続いて、ラットにおいてATNをターゲットとDBSの手術のための私達の方法を提示する。
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
注:倫理に関する声明:この原稿で説明するすべての手順は動物研究(実験動物の管理と使用に関する指針)のためのNIHガイドラインに従っているとハーバード大学医学部IACUC委員会によって承認されている。
1.手術前の準備
2. DBS手術
3.海馬の分離
注:氷の上にこのセクションのすべての後続のステップを実行します。
4. RNA抽出および定量PCR
5. RNAの準備からDNAを削除
6. RNAからcDNAを作る
7.定量PCR
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
図1A及び図1Bは、対照遺伝子βアクチンのBDNFおよびGABRDの相対発現を示す。 BDNFは、ニューロトロフィンは、多くの場合、多くの神経疾患38-41で神経保護効果と関連している。それはてんかん患者に治療上の利益をもたらすATNの刺激に応答してBDNFの発現プロファイルを分析することは興味深い。 DBS刺激ポスト示された時点にわたってBDNFの遺伝子発現プロファイルを示す図1Aに、アップレギュレーションBDNF 3時間でピーク発現(非刺激より大きく3倍)と共にDBS手術後(0時間)すぐに観察されポスト刺激。この観察は、強化されたBDNF発現し、得られた神経保護はDBSの治療的利益に寄与し得ることを示唆している。別の遺伝子GABRD( 図1B)は、定量PCR法を用いて調べた。 GABRDは、GABA受容体WHIですCHは、抗てんかん薬42を設計するための潜在的な目標の一つである。 GABRDの発現プロファイルは、3時間後にDBSに刺激されていない対照動物...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Benabid らによる画期的な仕事の後。パーキンソン病と本態性振戦を治療するための脳深部刺激を使用して、DBS手術法は、多くの神経疾患の6,10,43を治療するための過去10年間で多くの関心を検討されている。脳回路の様々な神経解剖学的領域を標的DBS研究は、現在、主要な神経疾患に対処するために多くのグループによって実行され、臨床試験の様々な段階にあるされている。視床下核(STN)又は淡蒼球(GPiの)の内部セグメントの刺激は、FDA承認及びパーキンソン病10に運動障害を治療するのに使用される。サンテ臨床試験は、前視床核31の高頻度刺激を受けたてんかん患者のための有望な傾向を示している。相からの結果は、私が二国間の円蓋刺激の臨床試験は、認知機能低下、再率の遅延を示しているメモリ回路8,44の活性化、ならびにアルツハイマー病に見られるグルコース代謝低下取り込みの冒頭装飾。さらに、近年では脳神経外科医は、OCD(強迫性障害)、治療抵抗性うつ病、トゥレット症候群と中毒10,45-55などの神経精神...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
著者は開示していません。
NREF財団のご支援に感謝いたします。
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 脳深部刺激療法 Implanttic | |||
| Frame | Kopf Instruments | Model 900 | |
| Drill | ドレンメル | 7700、7.2 V | |
| メス | BD | 372610 | |
| ケタミン | パターソン獣医 | 07-803-6637 | スケジュール III 規制物質、調達、使用、保管 機関の規則に従った |
| キシラジン | パターソン獣医 | 07-808-1947 | |
| ブプレノルフィン | パターソン獣医 | 07-850-2280 | スケジュールIII規制物質、調達、使用、保管機関の規則に従う |
| 外科用ステープルConMed | Corporation | 8035 | |
| 合糸(3-0) | ハーバード装置 | 72-3333 | |
| リンジ(1 ml、29 1/2 G) | BD | 329464 | 滅菌、麻酔投与に使用腹腔内 |
| シリンジ(3 ml、25 G) | BD | 309570 | 滅菌、鎮痛投与に使用 皮下 |
| 注射針 | BD | 305761 | 滅菌、バリ穴から壊れた骨片を取り除くために使用 |
| エタノール | フィッシャー科学 | S25309B | 一般的な滅菌への使用 |
| 目の潤滑剤 | フィッシャーサイエンティフィ | 19-898-350 | |
| 刺激装置 | メドトロニック | モデル3628 | |
| DBS電極 | ローズメディカルインスツルメンツ、CA | SNEX100x-100 mm | 電極はプラチナ、同心円、バイポーラ |
| ベタジン(ポビドン-ヨウ素) | PDI | S23125 | 使い捨てスワブスティック、切開する前に頭皮を滅菌するために使用 |
| 脳の解剖と海馬組織の分離 | |||
| アクリルげっ歯類脳マトリックス | 電子顕微鏡科学 | 175-300 | www.emsdiasum.com |
| 剃刀の刃 | |||
| ギロチンはさみ | クラウス | 18039 | 斬首のために、これらのはさみが清潔で作動状態に維持されていることを確認してください |
| はさみ | コッドマンクラシック | 34-4098 | 頭蓋骨から脳を除去するための使用 |
| 鉗子 | 電子顕微鏡科学 | 72957-06 | 頭蓋骨から脳を除去し、解剖中の取り扱いに使用 |
| リン酸塩緩衝生理食塩水 | ボストン・バイオプロダクツ | BM-220 | |
| RNA抽出およびcDNAの準備 | |||
| Tri | Σ | T9424 | 常にヒュームフードで使用し、取り扱い中は保護ゴーグルを着用してください。皮膚との接触を避け |
| シリンジ (3 ml, 25 G) | BD | 309570 | 組織の均質化に使用 |
| クロロホルム | フィッシャー サイエンティフィ | BP1145-1 | 常にヒュームフードで使用し、取り扱い中は保護ゴーグルを着用してください。皮膚 |
| イソプロパノール | フィッシャーサイエンティフィック | A416-1 | |
| グリコーゲン | サーモサイエンティフィック | R0561 | |
| Dnase I キット | アンビオン | AM1906 | |
| 上付き糸 ファーストストランド合成キット | Invitrogen | 11904-018 | |
| 卓上微量遠心機 | エッペンドルフ | 5415D | |
| 定量PCR | |||
| SYBR Green PCR Kit | Qiagen | 204143 | |
| Custom Oligos | Invitrogen | 10668051 | |
| PCR Plates (96 wells) | Denville Scientific | C18080-10 | |
| 光学接着シート | Thermo Scientific | AB1170 | |
| ヌクレアーゼフリー水 | Thermo Scientific | SH30538-02 | |
| RealタイムPCRマシン | Applied Biosystems | 7500 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission