미세 전극은 장기 깊은 뇌 자극 쥐의 Subthalamic 핵에 전극의 주입을 가이드

요약

쥐의 시상하핵(STN)에 전극을 이식하는 방법을 설명합니다. STN의 더 나은 위치 파악은 마이크로 기록 시스템을 사용하여 달성되었습니다. 또한, 동물의 머리와 자극기 사이의 오래 지속되는 연결을 특징으로 하는 자극 설정이 제공됩니다.

초록

깊은 뇌 자극 (DBS)은 예컨대 특발성 파킨슨 병, 근긴장 또는 떨림 등의 여러 신경 학적 장애에 대한 널리 사용하고 효과적인 치료이다. DBS는 중추 신경계의 특정 해부학 적 구조에 대한 깊은 전기 자극의 전달에 기초한다. 그러나, DBS의 효과의 기초가되는 메카니즘은 수수께끼 남아있다. 이것은 특히 쥐 동물 모델에서 DBS의 영향을 조사하는 관심을 이끌었다. DBS는 장기 치료법이기 때문에, 연구는 DBS 후 몇 주 발생할 신경 회로의 분자 유전 학적 변화에 집중되어야한다. 쥐가 제자리에 자극에 동물의 머리에서 선도적 인 와이어를 유지에 문제가 발생 자신의 케이지에서 이동하기 때문에 쥐의 장기 DBS는 도전이다. 또한, 래트 뇌에서 자극 타겟 구조는 작고, 따라서 전극을 용이하게 필요한 위치에 위치 될 수 없다. 따라서, 오래 지속 stimula에 대한 설정약 1MΩ의 임피던스와 백금 / 이리듐 전극을 사용하여 쥐의 기 본 연구를 위해 개발되었다. 이러한 사양은 적절한 자극 전극 아니라 DBS위한 대상 영역을 식별하기 위해 깊은 뇌 구조의 기록이 아니라 허용한다. 우리의 셋업에서, 와이어 플러그 전극이 두개골에 고정 네 개의 고정 나사 치과 시멘트에 포함되었다. 자극에 플러그에서 와이어는 스테인리스 스틸 스프링에 의해 보호되었다. 스위블 엉킴되는 것을 방지하기 위해 와이어를 회로에 연결되었다. 전반적으로,이 자극 셋업 쥐 자유로운 이동도의 높은 정도를 제공하며 오래 지속되는 강도를 유지하는 헤드 플러그뿐만 아니라, 플러그와 자극 사이의 와이어 연결을 가능하게한다.

서론

⁴ 또는 복부 중간 시상 ^{5 -} 깊은 뇌 자극 (DBS)은 예컨대 내부 글로 버스 창백 ¹ subthalamic 핵 (STN) ^2와 같은 특정 뇌 구조로 주입 전극을 통해 전기 신호의 전달에 기초한 처리이다. 지난 20 년,이 치료는 파킨슨 병 ^1에 대한 강력한 치료 도구로 설립되었습니다 ^{- 4,} 근육 긴장 이상 ^(6)과 떨림 ^(7), 또한 만성 통증 ^(7), 정신 질환 (조절하는 데 사용됩니다 즉, 강박 장애 ^8, 주요 우울증 ⁹⁾ 또는 난치성 간질 ^{(10, 11).} 또한, DBS는, 장래에, 내화성 동맥 고혈압 기립 성 저혈압 ⁽¹²⁾ 또는 ^(13)에 대한 치료 방법이 될 수있다.

효과의 기초가되는 생리적 메커니즘DBS의 이해 가난하게 남아있다. 마취 설치류의 연구는 임상 DBS ⁽¹⁴⁾ 적용 모방 고주파 자극에 신경 반응에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다. 그러나, 이들 연구는 DBS 효과 행동 확증 부족뿐만 아니라, ^14인가 자극 파라미터에 따라 상당한 변동을 초래할.

더 간결 의식 설치류에서 DBS의 행동 효과 및 기본 메커니즘을 조사하기 위해, 자극 설정은 특정 요구 사항을 충족이 필요하다. DBS는 주로 장기간의 치료로서 사용된다 (예를 들면, 파킨슨 병, 만성 통증). 부는 플러그뿐만 아니라, 외부 자극에 플러그에서 와이어 전극으로 구성되도록 따라서, 설치류에서 자극 설정이 설계되어야한다; 두개골에 고정 할 때이 장치는 경량하지만 깨지지해야한다. 또한, 이동의 자유는 stimula 동안 쥐에 불가결오랜 기간에 걸쳐 기. DBS의 타겟 구조는 소형이고; 예를 들어, 래트에서 STN 1.2 mm의 길이와 0.8 mm ^3,15의 체적을 갖는다. 따라서, 전극은 핵 병변 중에 삽입되지 않고, 필요에 타겟팅하는 것은 정확한 것으로되도록 설계되어야한다. 설치류에서 수행 가장 DBS 연구 대상 구조의 전극 랜드 마크 기반 정위 삽입을 사용한 바와 같이, 에러율 Paxinos 왓슨 ^(16)에 따라 좌표를 사용하는 경우에도, 상대적으로 높을 수있다. 이는 통계적으로 의미있는 결과를 달성하기 위해 필요한 동물보다 많은 초래한다.

전극 주입 기술이 도입되어, 본 연구에서, 그 전극을 전진하면서 microrecording 시스템을 사용하여 높은 정확도로 STN을 목표로하고있다. 또한, 자극 시스템은 자극에 대한 동물의 이동성을 허용 고도뿐만 아니라 연속 stimulati을 보장하지 않는 제시쥐의 머리에 (스테인레스 스틸 스프링에 의해 보호됩니다) 자극 와이어의 안전한 고정을 통해에.

프로토콜

실험 뇌졸중 연구에 대한 권장 사항에 따라 및 수행 ^(17)을 연구하고 현재 동물 연구 : 동물 실험은 뷔르츠부르크 대학 및 법적 상태 당국 (54-2531.01-102 / 13 낮은 프랑켄, 승인 번호)에 의해 승인되었다의보고 생체 실험 지침에서 (http://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines).

1. 마취

1. 절차의 기간 동안 공급 가스 (산소)와 이소 플루 란의 충분한 양을 보장하기 위해 마취 시스템을 확인합니다. 정위 악기의 앞니 막대로 원추형 두부를 연결 -3.3 mm의 앞니 막대를 넣어.
2. 공급 가스 (/ 분 2 패)를 켭니다. 상자에 쥐를 놓고 상단을 밀봉. 3.5 %로 이소 플루 란 기화기를 켭니다.
3. 쥐가 누운 때 마취 가스 앞니 막대에 고정 노즈콘 흐른다 있도록 시스템을 전환.
4. RA를 제거상자 실에서 T와 귀와 눈 사이의 영역을 면도; Jodosept PVP와 적신 면봉을 사용하여, 느슨한 머리를 제거하는 면도 영역을 닦아.
5. 원추형 두부 (그림 1)에서 쥐를 놓고 O ₂ (/ 분 1 패)에 이소 플루 란 2.5 %로 마취를 계속합니다. 인터 영역을 곤란하게하여 마취의 수준을 확인합니다. 쥐가 적절하게 마취되면, 방어 반사 신경 (발의 즉, 철수)를 폐지한다.
6. 절차를 수행하는 동안 자극에 호흡과 반응을 모니터링하고 필요에 따라 기화기를 조정합니다.
7. 마취 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 수의사 연고를 적용합니다. 모니터링 및 피드백 제어 시스템에 의해 가열 37 ± 0.5 ℃의 체온을 유지한다.

2. 수술

1. 전체 수술 중 무균 수술 필드를 유지합니다. surgeon's 손 멸균 및 운영 필드는 멸균 한 후에 만​​ 이동 carefu에서야 및 불임을 깰하지 기억. 이것은 또한 하나의 악기를 설정할 수있는 멸균 필드 (즉, 멸균 방수 커튼)를 갖는이 포함되어 있습니다.
2. 면도 영역의 중심에 0.2 ml를 피하 mepivacaine 주입. Mepivacaine 3 시간까지의 행동의 지속 시간을 갖는 국소 마취제이다. 그것은 더 외과 영역 마취 것이다.
3. 메스를 사용하여 중간 선 절개는 귀 사이에 시작하고 2cm으로 연장합니다. 골막 (피부 아래 반짝 막)도 절개되어 있는지 확인합니다. 네 클램프 (그림 2)와 두개골을 노출.
4. 관상 및 시상 봉합이 노출 될 때까지 면봉을 사용하여 부드럽게 골막을 제거; 그 후, 탈지면과 피를 막다.
5. 프로브 홀더에 고정 바늘을 사용 브레 그마의 좌표를 결정하고 검은 펠트 펜 바늘 끝을 표시한다. 전방 / 후방 (AP)를 사용하여 중간 선 / 측면(ML)와 dorsoventral (DV) 드라이브 나사 직접 브레 그마 위에 바늘의 선단을 위치.
6. AP와 ML 버니어 스케일 판독을 가지고 : 오른쪽 STN에 전극을 주입 ML 독서에서 AP 읽기 3.6 mm 및 2.5 mm 빼기, 또는 왼쪽 STN에 전극을 주입 2.5 mm를 추가합니다. 이 위치는, 두개골의 표면에 바늘 끝을 하강 후 펠트 펜의 염료에 의해 표시 될 것이다.
7. 정위 악기의 큰 프로브 홀더에 치과 드릴을 클램프. 즉, 두개골에 표시된 지점 - 계산 된 영역에 치과 드릴을 이동합니다. 경질이 보일 때까지 현미경을 통해 보면, (두개골은 약 1mm 두께) 두개골에 구멍 (직경 약 1 mm)를 드릴. 마이크로 해부 포셉 또는 멸균 된 바늘을 사용하여 경질 후퇴. 경질는 전극의 끝을 파괴하기에 충분히 튼튼.
8. 각각의 정면 비늘에 치과 드릴 구멍을 드릴 및 INT에전극 구멍 erparietal 비늘 대향. 정위 장비에서 프로브 홀더를 분리합니다. 정맥 혈관이 두개골에서 봉합을 다음과 같이 두개골 봉합 드릴하지 마십시오.
9. 다섯 구멍의 각에 뼈 나사를 조이십시오. 너무 깊이에 나사를 스레딩하지 마십시오. 스테인레스 스틸 나사 (M1.6)의 경우, 2-3 적절하게 뇌에 압력을주지 않고 나사를 보유 할 나사의 회전. 권수는 나사의 피치에 의존 할 것이다. 미세 조작기의 전극 (그림 3)와 프로브 홀더를 클램프.
10. 끝이 거의 브레 그마에 접촉 될 때까지 AP, ML 및 DV 드라이브 나사를 사용하여 전극과 프로브 홀더를 이동합니다. 브레 그마에서 AP, ML 및 DV 버니어 스케일 판독을합니다. 판독이 이루어질 경우, 이동하는 동안 두개골을 긁어에서 전극을 방지하기 위해 전극을 몇 mm를 올립니다. 이 전극으로 삽입되어야하는 곳의 좌표 위치를 결정구멍, ML 독서에 2.5 mm의 AP 독서에 3.6 mm를 추가하고 추가 (또는 빼기).
11. AP 및 ML 드라이브 나사를 사용하여, 계산 된 위치에 전극을 이동. 이 시점에서, 전극 팁 드릴 전극 구멍 바로 위에 위치하고해야합니다. 그런 다음, 현미경을 통해 보면, 경질 (그림 4)의 수준에 전극을 낮 춥니 다. 이 레벨은 DV 방향 제로 레벨로서 기능한다. 그 후, 부드럽게 현미경을 통해 보면 뇌에 전극의 끝 부분을 삽입합니다.
12. 기록 시스템의 커넥터 전극 핀을 연결한다. 패러데이 케이지를 착용 할 것 (또는 알루미늄 호일로 대체) 정위기구의 쥐 (그림 5)를 통해. 에서 근무하는 공간의 카운터 포이즈와 정위 장비를 접지합니다.
13. 기록 시스템을 시작한다. 가능하다면, 또한 방전시 advancin / 단일 유닛 고약의 음향 신호를 얻는 스피커를 사용G 전극.
14. 천천히 전극을 진행하는 동안 전기 활동을 기록하여 뇌에 전극을 삽입합니다. 경질로부터 7.5 내지 8.1 mm의 깊이, STN의 특정 전기 활동은 일반적으로 검출 (도 6)이다. ¹⁸ : STN 뉴런의 전형적인 활동이 불규칙한 발사 패턴과 높은 발사 속도를 특징으로한다 (40.9 ± 12.9 Hz의 주파수를 의미한다).
15. 기록시, (0.8~1.0 %로, 예) 최대한 마취를 감소; 저 마취 동물은 명확 전기 두뇌 활동을 보여줍니다.
16. 전극을 내릴 때 두개골의 표면에서 변위 된 모든 혈액이나 뇌척수액을 얻어 면봉.
17. 소량의 치과 용 시멘트를 혼합하고 전극 주위와 작은 주걱 (도 7)을 사용하여 나사 5의 네 주위를 적용한다. 다섯째 스크류 플러그의 접지 와이어를 고정하는 데 사용될.
18. 치과 용 시멘트가 고정 될 때, 기록 장치의 전극 홀더 및 커넥터 핀을 전극 분리.
19. 치과 용 시멘트로 고정되지 않은 나사를 풉니 다. 전극 핀 플러그를 넣습니다. 다섯 번째 나사 (그림 8)와 플러그의 접지선을 고정합니다.
20. 치과 용 시멘트를 혼합하고 플러그 주위를 적용 할 수 있습니다. 시멘트가 두꺼워 같이, 캡을 형성하기 위해 플러그 주위 금형. 동물에 해 (그림 9a 및 B)를 강화하는 동안 그들을 제거 할 수 있습니다 치과 시멘트의 날카로운 모서리를 피하십시오.
21. 상처 가장자리를 괴사 조직을 제거하고 전면과 캡 뒤에 봉합을 닫습니다. 상처 가장자리를 소독.
22. 회전에 고정 된 와이어에 머리 플러그를 연결합니다. 정위 악기에서 쥐를 제거합니다.
23. 2-3 일 동안은 하루에 한 번씩 다음 개입의 끝에서 트라마돌 (12.5 ㎎ / ㎏, 복강)를 적용합니다. 화력 깨끗한 케이지에 쥐를 놓습니다L 지원이 케이지 (그림 10)에 회전을 수정하고 1 시간 동안주의 깊게 검사합니다.
24. 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 두지 마십시오. 완전히 회복 될 때까지 다른 동물의 회사에 수술을 한 동물을 반환하지 않습니다.

3. 자극

1. 임피던스 측정기를 사용하여 자극 전에 동물의 저항을 결정한다.
2. 와이어 및 전류 출력 와이어의 타 단부에 플러그와 자극의 접지선에 대한 출력 회전의 플러그를 연결한다. 자극을 프로그래밍하기 위해 컴퓨터와 함께 자극기를 연결합니다.
3. 프로그램의 자극 파라미터를 선택; 예를 들면, 파킨슨 병에 사용되는 파라미터는 펄스 길이이다 : 60 마이크로 초; 주파수 : 130 Hz에서. 운동 장애 인식 될 때까지 증가하는 현재의 진폭 쥐를 자극한다. 일을 줄일 수운동 이상증을 유발 강도 아래 10~20%하거나 신경 학적 징후가 사라지고 동물이 편안 할 때까지 전자 전기 강도. 단상 직사각형 펄스가 본 연구에 사용 하였다.
4. 실험을 완료 한 후 이소 플루 란 동물을 안락사 : 5 % 이상으로 isofurane 유량이나 농도를 조정한다. 정지 호흡 후 1 분까지 이소 플루 란 노출을 계속합니다.

결과

기록 시스템을 이용하여 쥐의 STN에 전극을 주입 - 여기서 제시하는 바와 같이 - 동물 당 약 1 시간 소요 DBS 대한 효율적이고 정확한 방법이다. 이 모델은 매우 사소한 절차 : 수술 대상 10 쥐에서, 모든 개입을 살아 남았다. 스물 네 시간의 개입 후, 각 쥐의 상태를 모니터링하고, 어떤 동물은 심각도 코드에 따라 1 개 이상의 3 점 달성하지 않습니다. 지속적인 자극의 기간 (십사일, 24 시간 일) 동안, 분리 된 어떤 와이어, 파산하거나 통해 물린했다. (10) 쥐의 아무도는 치과 시멘트의 캡을 잃어 버리지 않았으며 자극의 단계에서 장비에 의해 다칠했다. 자극하기 전에이 (10) 동물에서 측정 된 임피던스는 353 ± 101 kΩ의했다. 래트는 130 Hz의 주파수와 60 마이크로 초 펄스 폭에서 자극 하였다. 평균 자극 강도 또는 계속 구강 안면의 강도 임계치 이하로 20 %로 설정 한 60 μA였다ralateral 앞발의 운동 장애는, 이에 의해 자극의 기간 동안 공급 또는 운동의 문제를 방지한다.

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토론

이 연구는 쥐의 STN에 극성 만성 전극을 이식하기위한 지침의 단계별 세트를 제공합니다. 낮은 임피던스와 텅스텐 전극은 종종 DBS ^{18, 19,} 백금 / 이리듐 백금 (Pt / IR) 약 1 MΩ의 임피던스를 한 것으로 사용되었다 만든 극성 전극에 사용하고 있지만. PT / IR 전극도 그들의 유리한 성질 파킨슨 병 환자에서 사용된다 : 그들은 최소한의 부식 ^(20)을 보여 더 높은 전하 밀도를 사용하지 않는 경우 해당 조직 손상 ^(21)를 생성하지 않는다. 이 연구의 목적은 병진 접근을 달성하기 위해 장기 자극 설정하고, 이후, 전술 한 사양 전극 본 실험에 적용 하였다. 전극 팁의 현지화를 보여주는 뇌 조각의 조직 학적 검사는이 실험에서의 Pt / IR ^(22)의 감쇠 외국 몸 응답을 확증.

본 연구에서 ENT는 ">, 1 MΩ의 임피던스와 백금 / IR의 전극을 사용 하였다. 전극을 낮은, 또는 더 높은 임피던...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Pt / IR 전극	FHC Inc.	UE	주문품: 명세: UEPSEGSECN1M
마개	GT Labortechnik (Arnstein/독일)		주문품
Pin 우두머리	DISTRELEC	143-95-324	단 하나 줄, 90°C; 1x3 datamate, 유형 M80-8420342
소켓	DISTRELEC	143-95-621	단 하나 줄, 똑바른 2개 mm 극 no.1 x 3 datamate, 유형 M80-8400342
스테인리스 봄	플라스틱 ONE	SS0102	부품-#: .120 X .156 스프링 ID(mm): 3.0  스프링 OD (mm) : 4.0
치과 용 시멘트 / Paladur	Heraeus Kulzer	64707938	액체, 500ml
치과 용 시멘트 / Paladur	Heraeus Kulzer	64707954	분말, 장미, 500g
헤드 스크류	허머 & Reiss	V2ADIN84 M1.6x3
Jodosept PVP	Vetoquinol		435678/E04
Mepivacain 1%	AstraZeneca		PZN03338515
Epinephrine	Sanofi-Aventis		PZN00176118
Tramadolhydrochloride	Rotexmedica		38449.00.00