Ten szczegółowy protokół opisuje umieszczanie elektrod stymulacji przezczaszkowej na kości skroniowej w celu zbadania krótko- i długoterminowych efektów przezczaszkowej stymulacji elektrycznej u swobodnie poruszających się szczurów.
Artykuł metodologiczny
Ten szczegółowy protokół opisuje umieszczanie elektrod stymulacji przezczaszkowej na kości skroniowej w celu zbadania krótko- i długoterminowych efektów przezczaszkowej stymulacji elektrycznej u swobodnie poruszających się szczurów.
Przezczaszkowa stymulacja elektryczna (TES) to potężne i stosunkowo proste podejście do dyfuzyjnego wpływania na aktywność mózgu, czy to losowo, czy w sposób wyzwalany zdarzeniami w pętli zamkniętej. Chociaż wiele badań koncentruje się na możliwych korzyściach i skutkach ubocznych TES w zdrowych i patologicznych mózgach, nadal istnieje wiele fundamentalnych otwartych pytań dotyczących mechanizmu działania stymulacji. W związku z tym istnieje wyraźna potrzeba opracowania solidnej i powtarzalnej metody badania ostrych i przewlekłych skutków TES u gryzoni. TES można łączyć ze zwykłymi technikami behawioralnymi, elektrofizjologicznymi i obrazowania w celu zbadania sieci neuronalnych in vivo. Wszczepienie elektrod do stymulacji przezczaszkowej nie nakłada dodatkowych ograniczeń na projekt eksperymentalny, a jednocześnie oferuje wszechstronne, elastyczne narzędzie do manipulowania aktywnością mózgu. Tutaj przedstawiamy szczegółowy protokół krok po kroku do wytwarzania i wszczepiania elektrod do stymulacji przezczaszkowej, aby wpływać na aktywność mózgu w sposób ograniczony czasowo przez wiele miesięcy.
Przezczaszkowa stymulacja elektryczna (TES) jest cennym podejściem metodologicznym do wpływania na aktywność mózgu w ograniczony czasowo sposób. W zależności od wielkości i umiejscowienia elektrod stymulacyjnych, TES może wpływać na dużą objętość mózgu i rozpraszać populacje neuronów1,2,3. Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym jest już medycznie zatwierdzona do leczenia poważnych zaburzeń depresyjnych4,5, a wiele badań koncentruje się na pokazaniu poznawczych efektów stymulacji przezczaszkowej u ludzi6,7. Ponadto przedstawiono obiecujące wyniki dotyczące potencjału TES w kontrolowaniu napadów padaczkowych8,9.
Pomimo intensywnych badań, wciąż istnieje wiele otwartych pytań dotyczących szczegółowego mechanizmu działania, potencjalnych skutków ubocznych i długoterminowych wyników zastosowania tej metody10,11,12. Dlatego niezwykle ważne jest posiadanie solidnego, powtarzalnego protokołu do badania wpływu TES na modele zwierzęce. Biorąc pod uwagę, że wiele zaburzeń (np. depresja, padaczka i schizofrenia) można dokładnie zbadać tylko u przytomnych zwierząt, a charakter tych schorzeń zwykle wymaga długotrwałego leczenia, przedstawiamy protokół przewlekłej implantacji elektrod przezczaszkowych u szczurów. Przedstawiona tutaj metoda może być stosowana do badań behawioralnych lub może być połączona z implantacją elektrod rejestrujących (tj. drutów, sond silikonowych, zestawionych elektrod komórkowych) lub z przewlekłymi oknami czaszkowymi odpowiednio do eksperymentów elektrofizjologicznych i badań obrazowych. W zależności od projektu eksperymentalnego, czas bodźców może być losowy lub wyzwalany przez zdarzenie w zależności od określonych sygnałów behawioralnych lub elektrofizjologicznych cech charakterystycznych poszczególnych stanów mózgu (drgawki, oscylacje theta)8,11,13.
Ważne jest, aby wspomnieć, że w przeciwieństwie do obecnie stosowanego podejścia ludzkiego, które wykorzystuje ucieleśnienie elektrod umieszczonych na skórze, tutaj pokazujemy metodę, która wykorzystuje podskórną implantację bezpośrednio na powierzchni kości skroniowej, ponieważ szczury ledwo tolerują wszystko, co jest łatwo dostępne za pomocą ich łap.
Zgodnie z zasadami Wymiany, Redukcji i Udoskonalenia, ze względu na przewlekły charakter implantacji, ta metoda pomaga zmniejszyć liczbę zwierząt, ponieważ każde zwierzę może być rekrutowane w różnych warunkach eksperymentalnych przez miesiące, co pozwala na użycie mniejszej liczby zwierząt do testowania różnych hipotez.
W niniejszym badaniu przedstawiamy szczegółowy, krok po kroku protokół produkcji elektrod do stymulacji przezczaszkowej (Rysunek 1A-B) i demonstrujemy chroniczne wszczepianie tych elektrod w kości skroniowe sześciomiesięcznego samca szczura Long-Evans.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj metody są zgodne z dyrektywami Rady Wspólnot Europejskich (86/609 ECC) i zostały zatwierdzone przez Komitet Etyczny ds. Badań na Zwierzętach w Centrum Medycznym i Farmaceutycznym Alberta Szent-Györgyi Uniwersytetu w Segedynie (XIV/218/2016).
1. Produkcja elektrod stymulacyjnych
2. Produkcja elektrod rejestrujących
3. Znieczulenie
4. Implantacja elektrod stymulujących i rejestrujących
UWAGA: Autoklawuj wszystkie niezbędne narzędzia chirurgiczne i dokładnie przestrzegaj ogólnych zasad aseptyki i antyseptyki podczas całego zabiegu. Unikaj dotykania niesterylnych obszarów poza obszarem operacyjnym. Zanurz elektrody w alkoholu etylowym (70%) na 30 minut przed implantacją.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Implantację chronicznych elektrod stymulacyjnych (Rysunek 1B) można połączyć z dodatkową implantacją elektrod rejestrujących (Rysunek 1C-D). Takie ustawienia pozwalają na stworzenie systemów rejestracji i stymulacji uruchamianych na żądanie w celu interferencji z konkretnymi aktywnościami mózgu. Przedstawiamy tutaj reprezentatywne wyniki działania systemu detekcji i interwencji w zamkniętej pętli w przypadku epil...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najważniejszym etapem tego protokołu jest przyklejenie pakietu elektrod do powierzchni kości. W przypadku niewłaściwego uszczelnienia między elektrodami a kością tworzy się szczelina, a wtórna tkanka bliznowata może wrosnąć w tę szczelinę, co obniża jakość stymulacji. Powierzchnia kości musi być całkowicie sucha podczas etapów naklejania na opakowanie, a w przypadku wystąpienia niestabilności elektrod należy ją usunąć i zastąpić nowym pakietem, aby uzyskać najlepsze rezultaty.
Ograniczeniem te...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Antal Berényi jest właścicielem i założycielem Amplipex Ltd, firmy produkującej wielkoskalowe wzmacniacze biosygnałów multipleksowych. Gábor Kozák i Tamás Földi nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez EU-FP7-ERC-2013-Starting grant (No.337075), program 'Momentum' Węgierskiej Akademii Nauk (LP2013-62) oraz grant GINOP-2.3.2-15-2016-00018. Dziękujemy Máté Kozákowi za udokumentowanie elektrod stymulacyjnych i rejestrujących oraz Mihály'emu Vöröslakosowi za owocne dyskusje podczas projektowania protokołu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Płyn cyjanoakrylowy | Henkel | Loctite 401 | |
| Żel cyjanoakrylowy | Henkel | Loctite 454 | |
| Drut do elektrod stymulacyjnych | Phoenix Wire Inc. | 36744MHW - PTFE Mikrominiaturowe złącze kablowe | |
| dystansowe | E-tec Interconnect | SP1-020-S378/01-55 | |
| Złącze | E-tec Interconnect | P2510I-02 | |
| Opakowanie taśmowe do elektrod stymulacyjnych | Nexperia | 74HC1G00GW | Można zastosować opakowanie taśmowe dowolnego układu scalonego z obudową SOT-353 |
| Grip Cement klasy przemysłowej | Dentsply | 675571 (proszek) 675572 (rozpuszczalnik) | |
| Żel elektroprzewodzący | Rextra | ECG Żel | |
| Drut elektrody rejestrującej | California Fine Wire Co. | .002 (50 mikronów) Wolfram 99,95% (Materiał CFW #: 100-211), HMl-Naturalny, cięty na kawałki 3,0 cala, Okrągły, Długość cięcia drutu | |
| Ultracienkie nożyczki | Hammacher Instrumente | Stainless HSB 544-09 | |
| Rura ze stali nierdzewnej | Vita Needle Company | 29 RW, 304SS Rury, T.I.G. Spawane i wtykowe | |
| Szybkoobrotowa piła obrotowa | Dremel | Model # 395 | |
| Uchwyt piły obrotowej | Dremel | Model # 220 | |
| Piła obrotowa tarcza do cięcia | Dremel | Model # 409 | |
| Pałeczki do okularów | Lohmann-Rauscher | Pro-ophta Pałeczki do okularów | |
| Płyn do dezynfekcji na mokro | Egis | Betadine | |
| Suchy środek dezynfekujący | Wagner Pharma | Wiertarka septylowo-mocznikowa | |
| NSK-Nakanishi Wielka Brytania | Vmax35RV Pakiet | ||
| kotwiące | Antrin Miniature Specialties, Inc. | 000-120x1/16 WIĄZANIE SL MS SS |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie