Een algemene methode voor het evalueren van Deep Brain Stimulation Effecten op Intraveneuze Methamfetamine Self-Administration

Het algemene doel van deze procedure is om de effecten te evalueren van diepe hersenstimulatie die temporeel en ruimtelijk gescheiden is van de omgeving waarin intraveneuze methamfetamine door knaagdieren wordt gebruikt. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de verslavingspsychiatrie, zoals: kan elektrische stimulatie van specifieke hersengebieden drugsmisbruik verminderen, en onder welke omstandigheden is deze therapie het meest effectief? Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de elektrische therapie op een ander tijdstip en in een andere setting wordt toegediend dan de omgeving waarin de drugs worden gebruikt.

Dit benadert nauwer wat mogelijk zal zijn bij menselijke patiënten. Deze procedure zal worden gedemonstreerd door Dr. Vinita Batra, een van onze postdoctorale onderzoekers in ons laboratorium, en dhr. Glenn Guerin, onze hoofdlaborant. De voorbereidingen voor dit experiment staan beschreven in het tekstprotocol.

Begin met het zo snel en rustig mogelijk plaatsen van de ratten in de operante kamers om gedragsmatige artefacten te minimaliseren. Spoel de katheter van de rat met 0,1 milliliters 0,9% zoutoplossing om de doorgankelijkheid van de lijn te controleren vóór de start van het experiment. Bevestig vervolgens een roestvrijstalen veerlijn aan de geleidingscanule op de rug van het knaagdier.

Verbind het andere uiteinde van de canule met een lekvrij vloeistofdraaischarnier boven de operante kamer. Om de ratten de self-administrationstaak snel aan te leren, worden de sessies gedurende zes uur per dag over vier tot vijf opeenvolgende dagen uitgevoerd, telkens rond hetzelfde tijdstip van de dag. Geef voor elke druk op de actieve hendel één infusie methamfetamine, gevolgd door een time-out van 30 seconden waarin de hendel niets afgeeft.

Aan het einde van de eerste week zullen de knaagdieren bedreven zijn in het zelf toedienen van methamfetamine. Voer tijdens de tweede trainingsweek dagelijks sessies van twee uur uit, van maandag tot en met vrijdag, om de IV zelftoediening van methamfetamine te behouden en te verfijnen. Ga door met het uitvoeren van de sessies met een vaste ratio van één en time-outs van dertig seconden.

Een stabiele, intense respons is bereikt wanneer het totale aantal methamphetamine-infusies over drie opeenvolgende sessies met minder dan tien procent varieert. Een andere indicator van een stabiele intense respons treedt op wanneer het cumulatieve aantal infusies gedurende de eerste dertig minuten groter is dan het cumulatieve aantal infusies tijdens de tweede dertig minuten. Wanneer de ratten dit patroon van drugloading ontwikkelen, duidt dit op verslavingsgedrag en niet enkel op incidenteel gebruik.

Bereid aan het einde van elke sessie een spuit voor om de katheter door te spoelen en ontkoppel de leash van de rug van het knaagdier. Spoel de katheter van de rat door met 0,1 milliliters 0,9% zoutoplossing met 800 IU streptokinase om bloedstolsels te voorkomen. Plaats na het spoelen een sheath over elke geleidingscannule om verstopping te voorkomen.

Plaats de rat vervolgens terug in de thuiskooi. Raadpleeg het tekstprotocol over het testen van de doorgang van de katheters en over hoe veelvoorkomende problemen bij dit experiment kunnen worden aangepakt. Bereid tien tot twaalf Plexiglas boxen voor voor dit experiment.

Bedek bij elke box de buitenkant van drie wanden met stijf, ondoorzichtig papier om te voorkomen dat de ratten elkaar kunnen zien. Laat echter de voorwand vrij om de dieren tijdens de stimulatiesessies te kunnen observeren. Bedek vervolgens de bovenkant van de boxen gedeeltelijk met een hard paneel om te voorkomen dat de ratten ontsnappen, terwijl de luchtstroom wel behouden blijft.

Plaats op het bovenpaneel de commutatoren voor de elektrische verbinding tussen de hoofdkap van het knaagdier en het stimulatiesysteem. Gebruik voor de DBS-experimenten een stimulatiesysteem dat een constante stroom aan meerdere gelijktijdige dieren kan leveren. Dit systeem moet voorzien zijn van een programmeerbare interface.

Verbind met kabels van aangepaste lengte de kanaalpoorten van de stimulatoren met het superieure elektronische platform van elke commutator. Verbind vervolgens het inferieure elektronische platform van de commutator met het geïmplanteerde elektrodeplatform op de hoofdkap van het knaagdier met behulp van 16 inch kabels gevat in een roestvrijstalen veer. De kabel moet de rat vrije beweging naar elk deel van de kooi mogelijk maken zonder aanzienlijke spanning op de hoofdkap te veroorzaken.

Een kabel die reikt tot waar de kop van de rat zich bevindt wanneer deze op vier poten staat, is gewoonlijk lang genoeg. Gebruik om het systeem te programmeren een visuele programmeertaal om te specificeren welke functies elk apparaat zal uitvoeren om aan de experimentele eindpunten te voldoen, en welke gegevens worden opgeslagen en/of in real-time worden geprojecteerd voor weergave. Specificeer de gewenste frequentie, polsbreedte en amplitude in het visuele controlepaneel vóór de start van het experiment.

Typische parameters voor hoogfrequente stimulatie bij ratten zijn vergelijkbaar met die welke worden gebruikt bij klinische diepe hersenstimulatie bij mensen. Een frequentie van 130 tot 180 Hertz, een polsbreedte van 60 tot 90 milliseconden en een stroomamplitude van 100 tot 250 microamps. Voor het hersenstimulatie-experiment dient de roestvrijstalen veer kabel van de commutator aan elk elektrodepedestaal op de hoofdkap te worden bevestigd bij het plaatsen van de ratten in de kooien.

Test eerst de impedantie van elke elektrode met een stroom van 5 µA bij 1000 Hz gedurende twee seconden. Als de impedantie van een elektrode gelijk is aan of minder is dan 125 kΩ, kan er met het experiment worden doorgegaan. Indien dit niet het geval is, dient men te overwegen het dier uit het experiment te verwijderen, omdat de weerstand van de elektrode de stroom mogelijk kan beperken tot subtherapeutische waarden.

Begin met één of twee proefsessies om de ratten te laten wennen. Pas tijdens deze sessies geen actieve therapie toe. Vervoer de ratten direct na elke proefsessie naar de operante boxen voor hun dagelijkse sessie van twee uur voor IV-zelftoediening van methamphetamine.

Verdeel de ratten voor het experiment in twee groepen: een actieve stimulatiewoede en een sham-stimulatiegroep die schijnbehandelingen ondergaat. Voer gedurende vijf dagen dagelijkse diepe hersenstimulatiesessies uit, met een duur van drie uur per dag. Observeer de dieren zorgvuldig tijdens een deel van elke stimulatiesessie om vast te stellen of de stimulatie duidelijke veranderingen in het gedrag veroorzaakt.

Start direct na elke sessie van diepe hersenstimulatie de dagelijkse sessie voor intraveneuze zelftoediening van methamfetamine bij de ratten. Na het plaatsen van intraveneuze jugulaire katheters en intracraniële elektroden voor diepe hersenstimulatie, verkregen en intensiveerden de ratten de zelftoediening van het middel na twee dagen verlengde toegang tot methamfetamine. Vervolgens werden de ratten overgezet op een dagelijks schema van twee uur operante training om methamfetamine-toxiciteit te voorkomen en om een stabiele responssnelheid vast te stellen die gemanipuleerd kon worden door diverse therapeutische interventies.

Tegen de zesde dag van de operante training ontwikkelden de ratten een verhoogde motivatie om de drug in te nemen, wat werd aangetoond door het ontstaan van een front-loading patroon van inname. Dit patroon bleef grotendeels gehandhaafd tijdens de daaropvolgende sessies. Na de vestiging van dit gestabiliseerde drugsmisbruikpatroon werd diepe hersenstimulatie toegediend volgens het beschreven protocol.

Dit resulteerde in een duidelijke afname van de operante intraveneuze zelftoediening van methamphetamine. Zodra deze techniek beheerst is, kan deze binnen een tijdsbestek van twee tot vier weken worden voltooid, waarbij ongeveer tien tot twaalf dieren per groep worden gebruikt. Dit is bij uitstek geschikt om de effecten van diepe hersenstimulatie te testen, gezien de beperkte levensduur van hoofdkappen en intraveneuze katheters bij knaagdieren die methamphetamine gebruiken.

Deze procedure kan worden gebruikt om alternatieve elektrische parameters, verschillende hersendoelen en nieuwe toedieningspatronen te onderzoeken, evenals combinaties van elektrische therapie en farmaceutische middelen die kunnen leiden tot langdurige gedragsmodificatie.