Name: Het gebruik van Farmacologische fMRI-uitdaging in de Pre-klinisch onderzoek: Toepassing op de 5-HT-systeem (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-04-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 27 s
Description: Leer hoe je serotoninefunctie in vivo evalueert met farmacologische MRI en fluoxetine bij vrije ademende ratten. Deze niet-invasieve methode visualiseert hersenhemodynamische reacties op farmacologische uitdagingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dit werk wordt gefinancierd door Nederland Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) (Veni nee. 916.86.125), uitgereikt aan L. Reneman. De financier had geen rol in de onderzoeksopzet, gegevensverzameling en-analyse, beslissing te publiceren, of de voorbereiding van het manuscript. Er zijn geen tegenstrijdige belangen.

<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>
<li>Choi, J. K., Chen, Y. I., Hamel, E., Jenkins, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+hemodynamic+changes+mediated+by+dopamine+receptors%3A+Role+of+the+cerebral+microvasculature+in+dopamine-mediated+neurovascular+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Brain hemodynamic changes mediated by dopamine receptors: Role of the cerebral microvasculature in dopamine-mediated neurovascular coupling.</a> Neuroimage. 30, 700-712 (2006).</li>
<li>Cohen, Z., Bonvento, G., Lacombe, P., Hamel, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Serotonin+in+the+regulation+of+brain+microcirculation%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Serotonin in the regulation of brain microcirculation.</a> Prog. Neurobiol. 50, 335-362 (1996).</li>
<li>Ferrari, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+robust+experimental+protocol+for+pharmacological+fMRI+in+rats+and+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">A robust experimental protocol for pharmacological fMRI in rats and mice.</a> J. Neurosci. Methods. 204, 9-18 (2011).</li>
<li>Gozzi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+effects+of+antipsychotic+and+glutamatergic+agents+on+the+phMRI+response+to+phencyclidine%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychopharmacology%22%5BJournal%5D)">Differential effects of antipsychotic and glutamatergic agents on the phMRI response to phencyclidine.</a> Neuropsychopharmacology. 33, 1690-1703 (2008).</li>
<li>Houston, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+of+brain+activation+in+response+to+pharmacological+agents+using+fMRI+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Mapping of brain activation in response to pharmacological agents using fMRI in the rat.</a> Magn Reson. Imaging. 19, 905-919 (2001).</li>
<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>
<li>Sekar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroadaptive+responses+to+citalopram+in+rats+using+pharmacological+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology+%28Berl%29%22%5BJournal%5D)">Neuroadaptive responses to citalopram in rats using pharmacological magnetic resonance imaging.</a> Psychopharmacology (Berl). 213, 521-531 (2011).</li>
<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>

Wij hebben niets te onthullen.

5-HT phMRI is een veelbelovend instrument om de functie van neurotransmitters te beoordelen bij dieren in vivo. Het visualiseert de hersenen als reactie op een 5-HT uitdaging met functionele MRI. MRI heeft het grote voordeel van een hoge ruimtelijke resolutie hebben en behoeven niet injectie van contrast-middel of radio-gelabelde moleculen zodat geen herhaalde blootstelling aan ioniserende straling. Deze techniek is toepasbaar in zowel mens als dier onderwerpen en dus zeer geschikt voor translationeel onderzoek van de neurotransmitter-systemen en psychiatrische stoornissen. De toepassing is natuurlijk niet beperkt tot de 5-HT route en reeds uitvoerig de effecten van dopaminerge geneesmiddelen te beoordelen zowel dieren als mensen 5,15 22. Toch phMRI in kleine dieren uitdagend blijft, zoals reeds aangegeven in overzichtsartikelen door Martin en Sibson 11 en Steward 20. Een van deze uitdagingen is het onderhoud of stabiele fysiologische parameters tijdens beeldacquisitie. De meeste anesthetica kan veranderen cardiovasculaire functie en het feit dat phMRI is sterk afhankelijk van hart-en / hemodynamische parameters is het essentieel om ervoor te zorgen dat alle hemodynamische veranderingen zijn uitsluitend toe te schrijven aan het gegeven geneesmiddel uitdaging. Het is daarom van vitaal belang dat pCO 2 niveau&#39;s constant blijven tijdens de basislijn overname. Mechanische ventilatie kan om ervoor te zorgen fysiologische stabiliteit, en wordt vaak gebruikt in dit soort experimenten. We echter gekozen voor de vrije ademhaling dieren te gebruiken open te laten de mogelijkheid om longitudinale studies uit te voeren in de toekomst. In plaats daarvan hebben we uitgebreid gecontroleerd (en veranderde) ademhaling en bloedgaswaarden van fysiologische stabiliteit te waarborgen binnen de normale waarden voor de start van de functionele scan en op die manier een stabiele vasculaire reactiviteit dus behouden en T2 * / T2 signaal. Literatuur over de gevolgen van algemene anesthetica op de cerebrale hemodynamiek en metabolism is overvloedig 20 en buiten het bestek van dit manuscript. We kozen ervoor om gas anesthesie te gebruiken met ± 2% isofluraan in dit specifieke protocol, want met inhalatie-anesthetica, de diepte van de anesthesie kan snel zijn en gemakkelijk te controleren. Dit is belangrijk in onze setup om normale bereik stabiel pCO 2 verdiepingen zorgen voor aanvang van de beeldopname. Isofluraan is de meest gebruikte inhalatie verdoving vandaag zorgt voor een snelle inductie en terugwinning die belangrijk is voor longitudinaal onderzoek. Het produceert ook minimale cardiovasculaire en respiratoire depressie en leidt tot een goede ontspanning van de skeletspieren. Ten tweede is de intraveneuze toediening van de uitdagende drug is ingewikkelder in kleine dieren dan bij de mens. De operatie die nodig is voor de cannulatie van de femorale slagader en ader vraagt ​​om goed opgeleide en ervaren medewerkers. Door deze invasieve procedures is momenteel voornamelijk gebruikt in terminalprocedures. Er kon echter niet-invasieve monitoring van bloed homeostase en staartader injectie worden gebruikt voor longitudinale studies 23. Daarnaast zijn er meer algemene beperkingen van de techniek, die niet specifiek zijn voor dierlijke phMRI. Bovendien, zoals opgemerkt door Martin en Sibson 11, een potentiële verwarren van alle fMRI studies is dat wordt aangenomen dat de veranderingen in hersenactiviteit opgeroepen door de uitdaging aan veranderingen in de neuronale activiteit in plaats van de perifere systemische effecten weer te geven. Vooral in diepere hersenstructuren, een relatief slecht begrip van neurovasculaire koppeling (relatie tussen neuronale activiteit wijzigingen en hemodynamische veranderingen) blijft. Bestudering van de soort door Logothetis 10 neurovasculaire koppeling bepalen de cortex nog niet uitgevoerd in andere delen van de hersenen. Het is dan ook onbekend wat een toename van de BOLD signaal in belangrijke structuren zoals het striatum of de amygdala is telling ons over neuronale activiteit. Het beste wat we kunnen zeggen op dit moment is dat het gebied van de hersenen reageert op de gegeven uitdaging en dat, afhankelijk van de behandeling en / of voorwaarden, kunnen wij toezicht houden op de grote veranderingen van de hersenen reactiviteit. Dit kan grotendeels worden gecontroleerd door te kijken naar zowel de MRI-gegevens en fysiologische reacties. De algemene structuur van hersenactiviteit moet regiospecifieke en beperkte gebieden met in dit geval een hoge 5-HT innervatie en niet zo algemeen vasculair reactie. Er is ook een verschillende temporele profiel tussen vasculaire en hemodynamische veranderingen verwacht. Overwegende dat de veranderingen van de bloeddruk naar hun uitgangswaarden terug te keren binnen enkele minuten, het effect van het geneesmiddel op BOLD activering is in het geval van fluoxetine zichtbaar tot aan het einde van de beeldopname en komen overeen met de know farmacokinetische eigenschappen van deze drug. Ten slotte moet de fysiologische reacties van alle dieren zijn meer gelijk te zijn tussen proefpersonen vergelijkingen te maken. Nonetheless is bekend dat een neurogene regeling van de de bloedstroom door 5-HT4 bestaan. Daarom kan niet uitgesloten worden dat lokale wijzigingen van BOLD signaal toerekenen vaatveranderingen door 5-HT vrijkomt de nabijheid van schepen. Hoewel deze effecten niet geassocieerd met lokale neuronale en kan dus worden beschouwd als vals-positieve resultaten is het ook een index van het totale specifieke functie van de 5-HT systeem (zie ook 3). Kritische stappen van deze techniek zijn daarom op grote schaal te volgen fysiologische reacties en ervoor te zorgen dat de fysiologische omstandigheden van het dier stabiel zijn voor en tijdens de beeldopname. Ook scanner voorwaarden moet zo stabiel mogelijk en exact dezelfde voor elk dier. Signaal stabiliteit van uw volgorde moeten worden gecontroleerd en bevestigd voor aanvang van uw experiment. Bovendien, zorg er dan altijd groot genoeg statistische power, zelfs met klein onderwerp Groups. Voor een mooie recensie over de experimentele overwegingen van dierlijke phMRI in het algemeen, zie Steward 20 en voor een extra voorbeeld van een experimenteel protocol voor farmacologische fMRI bij ratten en muizen, zie Ferrari 5. Eventuele wijzigingen van de techniek die hier beschreven zijn talrijk. Men zou: <ol><li> met een andere drug voor 5-HT uitdaging, zoals een andere SSRI&#39;s of 5-HT receptor (ant) agonisten 16,13,18,7 of zelfs een dubbele uitdaging om de onderliggende mechanismen van het geneesmiddel 6,19 onthullen; </li><li> een andere experimentele opstelling, zoals een andere anesthesie regime, mechanische ventilatie, bloed-zwembad contrastmiddelen in plaats van BOLD 15, longitudinale studies (dier moet worden in leven gehouden, zodat er geen invasieve bloeddruk / bloed gas meting en / of mechanische ventilatie zijn mogelijk), of zelfs combinaties met andere (invasieve) methoden zoals het opnemen van de neuronale activiteit met behulp van MR-compatibele elementenctrodes 10 of PET / SPECT-studies 4; </li><li> maken gebruik van verschillende MRI-data-analyse methoden zoals de methode van de &#39;p-blok&#39; van McKie 12 of functionele connectiviteit analyse 15. </li></ol> Welke keuzes die u maakt in de experimentele opstelling is sterk afhankelijk van de mogelijkheden van en / of de ervaring binnen uw laboratorium en de aard van de onderzoeksvraag je wilt beantwoorden.

<table border="1"><tbody><tr><td> Naam van het reagens / apparatuur </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Reacties </td></tr><tr><td> Isofluraan </td><td> ABBOTT <a href="http://www.abbott.co.uk/" target="_blank">Abbott Laboratories Ltd, Maidenhead, Verenigd Koninkrijk</a> </td><td> Geen B506 </td><td> Mix met de medische lucht </td></tr><tr><td> Medical Air </td><td> <a href="http://www.bochealthcare.co.uk/" target="_blank">BOC Gezondheidszorg</a> </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Verwarming pad </td><td> <a href="http://www.harvardapparatus.co.uk/" target="_blank">Harvard apparatuur</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">Compleet Homeothermic Deken systeem met flexibele sonde, 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 zwart gevlochten zijde niet-absorbeerbare</a> Cat Num 51-7631 </td><td></td></tr><tr><td> PE-50 canule </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 Tubing PE 0.58x0.96mm</a> </td><td> 0,58 ID 0.96 mm OD </td></tr><tr><td> Heparine natrium </td><td> <a href="http://www.leo-pharma.com/Home/Products/List-of-LEO-Pharma-products.aspx" target="_blank">Leo Laboratories Ltd, Bucks., Verenigd Koninkrijk</a> </td><td> Heparine natrium 1000IU/ml </td><td> 15 U / ml </td></tr><tr><td> Vetbond Weefsellijm </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 Vetbond Weefsellijm </td><td></td></tr><tr><td> Toezicht </td><td> <a href="http://www.i4sa.com/" target="_blank">SA Instrumenten</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">Model 1025L monitoring systeem</a> </td><td> Monitoren ademhaling en temperatuur </td></tr><tr><td> Drukopnemer </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">BLOEDDRUK TRANSDUCER - TSD104A</a> <a href="http://www.biopac.com/data-acquisition-analysis-system-mp150-system-windows" target="_blank">MP150 data-acquisitie systeem - WIN - MP150WSW</a> </td><td> Monitoren bloeddruk </td></tr><tr><td> RapidLab bloed gasanalysator </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 Systems</a> </td><td></td></tr><tr><td> 4.7T dier scanner </td><td> Agilent Technologies (voorheen Magnex) 4.7T frequentie 199,845 MHz </td><td></td><td></td></tr><tr><td> MR compatibele stereotactische bed </td><td> <a href="http://www.m2mimaging.com/products/preclinical.html" target="_blank">m2m imaging corp</a> </td><td> Rat bed: PA Multi element AHS 50-72-1003/100 </td><td></td></tr><tr><td> Spoel </td><td> <a href="http://www.m2mimaging.com/products/preclinical.html" target="_blank">m2m imaging corp</a> </td><td> Deel TH / Rx RQD1 72/112 200 </td><td></td></tr><tr><td> Fluoxetine hydrochloride </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> F-132 </td><td> 5mg/kg in zoutoplossing </td></tr></tbody></table>

het gebruik van farmacologische fmri-uitdaging in de pre-klinisch onderzoek: toepassing op de 5-ht-systeem

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

Farmacologische MRI (phMRI) is een nieuwe en veelbelovende methode om de effecten van stoffen op de hersenen die uiteindelijk kan worden gebruikt om de onderliggende neurobiologische mechanismen achter werking van het geneesmiddel en de neurotransmitter-gerelateerde aandoeningen, zoals depressie en ADHD te ontrafelen bestuderen. Zoals de meeste van de beeldvormende technieken (PET, SPECT, CT) het een vooruitgang in het onderzoek naar hersenaandoeningen en de daarmee verband houdende functie van de neurotransmitter paden in een niet-invasieve manier met betrekking tot de totale neuronale connectiviteit. Bovendien biedt ook de ideale tool voor vertaling naar klinisch onderzoek. MRI, terwijl achter in de moleculaire strategieën opzichte PET en SPECT, het grote voordeel van een hoge ruimtelijke resolutie en behoeft de injectie van een contrast-middel of radio-gelabelde moleculen, waarbij wordt vermeden herhaalde blootstelling aan ioniserende straling . Functionele MRI (fMRI) wordt veel gebruikt in onderzoek en klinische omgeving, waar het generally in combinatie met een psycho-motorische taak. phMRI is een bewerking van fMRI waardoor het onderzoek van een specifieke neurotransmitter-systeem, zoals serotonine (5-HT), onder fysiologische of pathologische omstandigheden na activering via toediening van een specifieke uitdagende drug. Het doel van de hier beschreven methode is brain 5-HT functie beoordelen vrije ademende dieren. Door tegen de 5-HT-systeem, terwijl tegelijkertijd het verwerven van functionele MR-beelden in de tijd, kan de reactie van de hersenen om deze uitdaging worden gevisualiseerd. Verschillende studies bij dieren hebben al aangetoond dat door drugs veroorzaakte toename van de extracellulaire spiegels van bv 5-HT (het vrijgeven van agenten, selectieve heropname blokkers, etc) regio-specifieke veranderingen in het bloed zuurstof niveau op te roepen dependent (BOLD) MRI-signalen (signaal door tot een wijziging van de zuurstofrijk / zuurstofarme hemoglobine die tijdens hersenactiviteit door middel van een verhoging van de bloedtoevoer naar de zuurstof en g leverenlucose aan de veeleisende neuronen) het verschaffen van een index van neurotransmitter functie. Het is ook aangetoond dat deze effecten kan worden omgekeerd door de behandelingen die daling van 5-HT beschikbaarheid 16,13,18,7. Bij volwassen ratten zijn BOLD signaal verandert na acute SSRI toediening is beschreven in een aantal 5-HT gerelateerde gebieden van de hersenen, dat wil zeggen corticale gebieden, hippocampus, de hypothalamus en de thalamus 9,16,15. Stimulatie van 5-HT systeem en antwoord op dat kan derhalve worden gebruikt als een maat voor de functie in dieren en mensen 2,11.

Het doel van deze techniek is om serotonine (5-HT) neurotransmitter functie beoordelen in het leven en gratis-ademende dier met farmacologische magnetic resonance imaging (phMRI) en een intraveneuze uitdaging met een selectieve serotonine heropname remmers (SSRI&#39;s), fluoxetine.

Het gebruik van Farmacologische fMRI-uitdaging in de Pre-klinisch onderzoek: Toepassing op de 5-HT-systeem

Farmacologische MRI (phMRI) is een nieuwe en veelbelovende methode om de effecten van stoffen op de hersenfunctie te bestuderen, die uiteindelijk kan worden gebruikt om ... te ontrafelen.

Het algemene doel van het volgende experiment is om de functie van de neurotransmitter serotonine of 5-HT te beoordelen in een vrij ademend dier middels farmacologische magnetische resonantie-imaging en een intraveneuze uitdaging met de selectieve serotonine-heropnameremmer fluoxetine. Dit wordt bereikt door functionele MRI te combineren met een drug challenge na initiële baseline-metingen, wat wordt gebruikt om de hemodynamische respons van de hersenen op het specifieke geneesmiddel te visualiseren vóór de start van en tijdens het experiment. Uitgebreide monitoring en handhaving van de fysiologische responsen van het dier zijn noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de met fMRI gevisualiseerde hersenrespons uitsluitend toe te schrijven is aan de toegediende farmacologische uitdaging.Ten slotte wordt een statistische data-analyse uitgevoerd op de MRI-gegevens om de voxels in de hersenen te bepalen die signaalvariaties vertonen ten opzichte van de basiswaarden en die derhalve toeschrijfbaar zijn aan de serotonerge challenge. Er worden resultaten verkregen die een indicatie geven van de serotoninefunctie in de hersenen, gebaseerd op de respons van de hersenen op een serotonerge challenge zoals gemeten met functionele MRI. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande beeldvormingsmethoden zoals PET of SPECT is dat deze minder invasief is, aangezien er geen radiotracers worden gebruikt.Het is daarom een zeer geschikte techniek voor translationeel onderzoek, aangezien het ook kan worden toegepast bij kwetsbare menselijke proefpersonen, zoals kinderen of patiënten. Hoewel deze methode inzicht kan bieden in de werking van het serotoninesysteem, kan ze ook worden toegepast op andere neurotransmittersystemen door middel van een andere drug challenge, zoals het dopaminerge systeem via bijvoorbeeld een amfetamine-challenge. Om dit experiment te starten, wordt de rat eerst volledig geanestheseerd, waarna de arteria femoralis en vena femoralis worden gecannuleerd voor bloedgas- en bloeddrukmetingen, alsofwel voor de toediening van de challenge-medicatie. Na voltooiing van de chirurgische ingreep wordt het anesthesieniveau verlaagd naar 2% voor onderhoud.Afhankelijk van de arteriële bloedgaswaarden. Gebruik een warme-luchtoverwarmingssysteem om de lichaamstemperatuur binnen 1,5 graad van 37 graden Celsius te houden en houd er rekening mee dat MR-beeldvorming de temperatuur kan beïnvloeden. Het is ook mogelijk om een warmwaterbed in het stereotactische bed te plaatsen.Plaats het dier vervolgens in een MR-compatibel stereotactisch bed in buikligging, waarbij oor- en tandstaven worden gebruikt om de hoofdpositie te handhaven. Plaats een ademhalingsmanchet die is gekoppeld aan een druksensor onder het dier om de ademhalingsfrequentie van het dier te bewaken en te registreren tijdens de beeldvorming.Sluit de arteriële lijn ook aan op een druktransducer om de arteriële bloeddruk te bewaken. Hier wordt een 4,7 Tesla MRI-systeem voor kleine dieren gebruikt met een binnendiameter van 72 millimeter en een cilindrische quadrature zend-ontvangst RF-spoel. Plaats vervolgens de tafel in de boring van de MRI-scanner.Zodra het dier in de scanner is geplaatst, moeten de fysiologische reacties constant worden gemonitord om te garanderen dat het dier gedurende de procedure stabiel blijft, volledig onder narcose is en vrij kan ademen. Voor in vivo beeldvorming is het belangrijk om elke aanpassing in het anesthesieschema tijdens de pH MRI-scan te vermijden. Omdat dit het MR-signaal kan beïnvloeden, moeten de arteriële bloedgaswaarden stabiel zijn en binnen de hier weergegeven bereiken vallen.Pas vóór het starten van de pH MRI-scan, indien nodig, het anesthesieniveau aan om een diepere of oppervlakkigere ademhaling mogelijk te maken en controleer de waarden. Na een korte tijd moet de ademhalingsfrequentie stabiel zijn op 45 tot 75 ademteugen per minuut en moet de bloeddruk constant zijn en tussen 100 en 150 mmHg liggen. De farmacologische challenge zal, zoals beschreven, veranderingen in deze metingen teweegbrengen.Begin vervolgens in het protocol met beeldvorming middels een scout-beeld in drie vlakken om de hersenen correct in het midden van het MRI-gezichtsveld te positioneren. Gebruik daarna een gelokaliseerde shim-correctie om de homogeniteit van het magnetische veld te verbeteren. Verwerf vervolgens een T2-gewogen anatomisch beeldvolume voor registratie- en segmentatiedoeleinden.Er worden 30 coronale coupes van één millimeter dikte aanbevolen, gecentreerd op acht millimeter vanaf de posterieure rand van de bulbus olfactorius. Raadpleeg het manuscript voor specifieke beeldparameters om te garanderen dat alle fysiologische reacties constant zijn. Ga nu verder met de pH MRI-scan.Er wordt gebruikgemaakt van een T2-gewogen turbospin-echo waarbij 32 volumes worden verkregen. De totale scantijd bedraagt 84 minuten. Verwerf een aantal baseline-volumes gedurende ten minste 10 minuten voordat de challenge-medicatie wordt toegediend.Zorg ervoor dat de infusie voor alle dieren binnen een studie op exact hetzelfde tijdstip wordt gestart. In dit protocol werd de toediening gestart aan het begin van het negende volume, na ongeveer 21 minuten Baseline-scanning. Let op dat de farmacologische uitdaging met fluoxetine een kortstondige stijging van 15 tot 20% in de ademhalingsfrequentie zal induceren, evenals een korte maar steile daling van ongeveer 20% in de arteriële bloeddruk.Dit zou binnen vijf tot 10 minuten moeten herstellen. Zorg ervoor dat de beeldvormingsperiode na infusie lang genoeg is om signaalveranderingen te visualiseren en om een steady state of herstel van het MR-signaal te bereiken, afhankelijk van de onderzoeksvraag en de keuze van de drug challenge. Wanneer de beeldvorming is voltooid, haal het dier uit de scanner en voer een laatste bloedgasmeting uit om de stabiliteit van de bloedgasparameters tijdens de beschreven beeldacquisitie te waarborgen.Hier volgen verschillende stappen voor de voorverwerking van de MR-gegevens om de data te optimaliseren voor statistische analyse. De genoemde hulpmiddelen zijn suggesties; er zijn veel verschillende tools beschikbaar. Converteer eerst alle ruwe beelden naar het bestandsformaat dat compatibel is met de te gebruiken MRI-analysesoftware.Om vervolgens de compatibiliteit te waarborgen met analyse-algoritmen die zijn ontworpen voor gebruik met menselijke data, moet de foxhole-grootte met een factor 10 worden vermenigvuldigd. Controleer de afbeeldingen visueel op onregelmatigheden en oriëntatie-artefacten, de signaal-ruisverhouding en beweging; verwerp scans met duidelijke artefacten of overmatige beweging, aangezien deze de resultaten zullen vervormen. De oriëntatie van alle scans moet vergelijkbaar zijn tussen de anatomische en functionele beelden en in overeenstemming zijn met het gebruikte referentiebrein voor de correctie.Gebruik voor eventuele bewegingsartefacten in de 4D-tijdseries een tool voor bewegingscorrectie, zoals fsls flt, die gebruikmaakt van een nauwkeurige intermodale hersenbeeldregistratie. Voer vervolgens hersensegmentatie uit voor zowel de 4D-tijdseries als het 3D-anatomische beeld. Hiervoor kan de FSL-tool BET worden gebruikt.De standaardinstellingen zijn ontwikkeld voor gebruik met menselijke hersenen. Optimaliseer daarom de waarden voor de rattenhersenen. Het doel van de statistische analyse is om de voxels te bepalen die aanvullende varianties vertonen die kunnen worden toegeschreven aan de toediening van het geneesmiddel.Hiervoor zijn verschillende benaderingen en softwarepakketten beschikbaar. Hier wordt een voorgestelde methode gegeven voorafgaand aan de analyse. Er moet eerst een algemeen lineair model worden bepaald waartegen uw gegevens kunnen worden getoetst.Dit kan een eenvoudig binair aan-uitmodel zijn of een specifiek model gebaseerd op de gegevens. Voer voor een datagestuurd model een t-toets voor twee steekproeven uit op alle baseline-volumes versus alle volumes na de challenge. Het eerste volume en het volume tijdens het geven van de challenge moeten worden weggelaten, aangezien deze mogelijk geen steady-state imaging vertegenwoordigen; discrimineer vervolgens alle voxels met een procentuele verandering ten opzichte van de baseline die groter is dan een bepaalde waarde, zoals een 1% verandering. Bereken het gemiddelde van het tijdsverloop in alle gediscrimineerde voxels om een indruk te krijgen van de vorm van het model.Hiermee kan worden vastgesteld of de stimulus een onmiddellijk of vertraagd effect heeft gehad, of het effect een plateau of piek bereikt, en of het effect gedurende het verloop van de scan weer afneemt. Dit kan voor alle dieren worden uitgevoerd en vervolgens opnieuw worden gemiddeld om de gemiddelde signaalverandering in alle dieren te verkrijgen. Dit zal het model vormen voor uw data-gestuurde GLM.Vervolgens moet binnen de analysetool een analyse van het eerste niveau worden opgezet. Stel de TR in en let op dat het niet nodig is om een hoog- of laagdoorlaatfilter in te stellen; maak de data ruimtelijk glad met een kernel van acht millimeter volledige breedte op halve hoogte. Voer nu een statistische toets uit op de ruwe 4D-tijdseriebeelden van elk dier ten opzichte van het eerder vastgestelde algemeen lineair model.Dit is uw verklarende variabele, oftewel de golfvorm of het designmatrix waartegen u uw gegevens test. Pas vervolgens een drempelwaarde toe op de resulterende statistische afbeelding om aan te geven welke voxels of clusters van voxels geactiveerd zijn bij een bepaald significantieniveau. Vanwege het grote aantal geteste voxels moeten correcties voor meervoudige vergelijkingen worden toegepast.Normaliseer ten slotte de data ruimtelijk naar een referentie om groepsstatistieken uit te voeren. Registreer eerst de functionele data naar het anatomische beeld van het brein van het dier (na extractie), en vervolgens naar het referentiebeeld. Voer daarna de analyse uit door op 'go' te drukken en controleer het resultaat.Hierna kan de analyse van het eerste niveau van alle dieren worden gecombineerd in een statistische analyse van een hoger niveau. Dit is sterk afhankelijk van uw eigen studie, ontwerp en onderzoeksvragen. Indien nodig kunnen geregistreerde fysiologische responsen ook worden gekoppeld aan het MR-signaal.Wanneer het uitdagende geneesmiddel het vaatstelsel binnentreedt, moet een duidelijke fysiologische respons zichtbaar zijn. Fluoxetine veroorzaakt een toename van de ademhalingsfrequentie alsook een afname van de bloeddruk. Deze reacties normaliseren gemiddeld binnen vijf tot 10 minuten.Hier is deze daling van de bloeddruk duidelijk zichtbaar. Een goed voorbeeld van een positief geactiveerde voxel en het bijbehorende signaalverloop over de tijd is hier te zien. Het gemiddelde signaalverloop over de tijd in geactiveerde voxels moet een relatief stabiele baseline en een duidelijk effect van de challenge vertonen.Bij voorkeur mag er geen sprake zijn van afhankelijk drift; signaalartefacten zoals respiratie, depressie, of falen of veranderingen in de anesthesie zijn vaak duidelijk zichtbaar in het signaal. Een voorbeeld van algemeen signaalverlies als gevolg van respiratoire depressie is hier te zien na de analyse op het eerste niveau. Het activatiepatroon wordt verwacht hoofdzakelijk positief te zijn en alleen gelokaliseerd in specifieke serotonine-gerelateerde regio's, zoals de corticale gebieden, de hippocampus, de hypothalamus en de thalamus.Als de gehele hersenen een lineaire afname van het MR-signaal vertonen, is dit vaak indicatief voor meer systemische effecten. Denk hierbij aan een diepe anesthesie of respiratoire depressie. U dient een goed begrip te hebben van hoe de serotonine-neurotransmitterfunctie beoordeeld kan worden in een levend en vrij ademend dier met farmacologische magnetische resonantie-imaging en een intraveneuze uitdaging met een selectieve serotonine-heropnameremmer.Vergeet niet dat werken met sterke magnetische velden uiterst gevaarlijk kan zijn en dat er altijd voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen om te voorkomen dat magnetische metalen voorwerpen zich in het magnetische veld bevinden tijdens het uitvoeren van deze procedure. Dit betekent dat alle apparatuur die wordt gebruikt om het dier te monitoren tijdens de beeldacquisitie, compatibel moet zijn.

the-use-pharmacological-challenge-fmri-pre-clinical-research

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

We presenteren een nieuwe PET-imaging benadering voor het vastleggen van dopamine schommelingen veroorzaakt door het roken van sigaretten. Onderwerpen roken in de PET-scanner. Dynamische PET-beelden worden gemodelleerd voxel-by-voxel in de tijd door lp-ntPET, die een tijdsafhankelijke dopamine term omvat. De resultaten zijn 'films' van dopamine schommelingen in het striatum tijdens het roken.

Dynamische Beelden van Kortlevend Dopamine Fluctuaties met lp-ntPET: Dopamine Films van het roken van sigaretten

Hier schetsen we de procedure voor MRI-geleide repetitieve transcraniële magnetische stimulatie naar de dorsomediale prefrontale cortex als een experimentele behandeling voor een ernstige depressieve stoornis.

MRI-geleide dmPFC-rTMS als een behandeling voor de behandeling-resistente Depressieve stoornis

Dit protocol beschrijft een snelle en vereenvoudigde in situ hybridisatiemethode die ideaal is voor paraformaldehyde-gefixeerde hersenen, waardoor de noodzaak voor langdurige complexe stappen wordt verminderd bij het gebruik van vers bevroren weefsels. De methode is gevalideerd met behulp van de identificatie van het serotonine 5-HT2A receptorgen htr2a bij ratten.

Snel<em&gt; In Situ</em&gt; Hybridisatie met behulp van oligonucleotideprobes op Paraformaldehyde vooraf hersenen van ratten met Serotonine Syndroom

Functionele connectiviteit in rusttoestand MRI heeft afwijkingen geïdentificeerd bij patiënten met een breed scala aan neuropsychiatrische stoornissen, inclusief epilepsie als gevolg van malformaties van corticale ontwikkeling. Transcraniële magnetische stimulatie in combinatie met EEG kan aantonen dat patiënten met epilepsie corticale hyperexcitabiliteit hebben in regio's met abnormale connectiviteit.

Een Multimodaal Beeldverwerking en-stimulatie gebaseerde methode voor de beoordeling Connectivity-gerelateerde Brain Exciteerbaarheid bij patiënten met epilepsie

Een gevalideerde geautomatiseerde batterij van neuropsychologische en neurofysiologische tests wordt gebruikt voor het bestuderen van farmacodynamische effecten op het centrale zenuwstelsel van nieuw ontwikkelde geneesmiddelen in vroege fase ontwikkeling. Om aan te tonen van de testbatterij, worden de acute effecten van mecamylamine en de omkering van deze effecten door twee agonist drugs beschreven.

Een geautomatiseerde testbatterij farmacodynamische effecten op het centrale zenuwstelsel van cholinerge Drugs in vroege fase geneesmiddelenontwikkeling te bestuderen

Dit artikel beschrijft nieuwe benaderingen om functioneel specifieke neurale paden te meten en te versterken met transcraniële magnetische stimulatie. Deze geavanceerde niet-invasieve hersenstimulatie methodologieën kunnen nieuwe mogelijkheden bieden voor het begrijpen van relaties met hersengedrag en de ontwikkeling van nieuwe therapieën voor de behandeling van hersenaandoeningen.

Meten en manipuleren van functioneel specifieke neurale paden in het menselijk motorsysteem met transcraniële magnetische stimulatie

We beschrijven een preklinische experimentele methode om metabole neuromodulatie geïnduceerd door acute diepe hersenstimulatie met in vivo FDG-PET te evalueren. Dit manuscript bevat alle experimentele stappen, van stereotaxische chirurgie tot de toepassing van de stimulatiebehandeling en de verwerving, verwerking en analyse van PET-beelden.

In vivo Positronemissietomografie om activiteitspatronen te onthullen die worden geïnduceerd door diepe hersenstimulatie bij ratten

Dit artikel beschrijft het gebruik van een ademgesynchroniseerde olfactometer om single- en dual-coil transcraniële magnetische stimulatie (TMS) te activeren tijdens de presentatie van geurstof gesynchroniseerd met menselijke neusademhaling. Deze combinatie stelt ons in staat om objectief te onderzoeken hoe aangename en onaangename geuren de corticospinale prikkelbaarheid en herseneffectieve connectiviteit bij een bepaald individu beïnvloeden.

Combinatie van een ademgesynchroniseerde olfactometer met hersensimulatie om de impact van geuren op corticospinale prikkelbaarheid en effectieve connectiviteit te bestuderen

Dit protocol beschrijft de workflow van robotmatig toegediende, door fMRI geleide gepersonaliseerde transcraniële magnetische stimulatietherapie voor therapieresistente depressie. Klinische implementatie met dit protocol is haalbaar, en open-label resultaten ondersteunen de effectiviteit van deze aanpak in de praktijk.

Robotmatig toegediende fMRI-geleide gepersonaliseerde transcraniële magnetische stimulatietherapie voor therapieresistente depressie

Sepsis verwijst naar een systemic inflammatory response syndrome als gevolg van een bacteriële infectie, en kan worden gesimuleerd door een chirurgische techniek genoemd cecal ligatie en punctie (CLP). Hier beschrijven we een methode om CLP-geïnduceerde diermodel te gebruiken om geneeskrachtige kruiden te screenen op therapeutische middelen.

Het gebruik van dierlijk model van Sepsis op nieuwe kruidentherapieën Evalueer

Leer hoe je serotoninefunctie in vivo evalueert met farmacologische MRI en fluoxetine bij vrije ademende ratten. Deze niet-invasieve methode visualiseert hersenhemodynamische reacties op farmacologische uitdagingen.

Het gebruik van Farmacologische fMRI-uitdaging in de Pre-klinisch onderzoek: Toepassing op de 5-HT-systeem

Meer video's verkennen