Ogólna metoda oceny wpływu głębokiej stymulacji mózgu na samodzielne podawanie metamfetaminy dożylnie

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ocena efektów głębokiej stymulacji mózgu, która jest oddzielona czasowo i przestrzennie od środowiska stosowania dożylnej metamfetaminy u gryzoni. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w psychiatrii uzależnień, takie jak: czy elektryczna stymulacja określonych obszarów mózgu może zmniejszyć nadużywanie narkotyków i w jakich okolicznościach terapia ta jest najskuteczniejsza? Główną zaletą tej techniki jest to, że terapia elektryczna jest przeprowadzana w innym czasie i w innym otoczeniu niż środowisko przyjmowania narkotyku.

Jest to rozwiązanie bardziej zbliżone do tego, co będzie możliwe do zastosowania u pacjentów. Procedurę tę zaprezentują dr Vinita Batra, jeden z naszych stażystów podoktorskich w laboratorium, oraz pan Glenn Guerin, nasz główny technik laboratoryjny. Przygotowania do tego eksperymentu zostały opisane w protokole tekstowym.

Na początek umieść szczury w komorach operantowych tak szybko i spokojnie, jak to możliwe, aby zminimalizować artefakty behawioralne. Przepłucz cewnik szczura 0,1 milliliters 0,9% roztworu soli fizjologicznej, aby upewnić się, że droga jest drożna przed rozpoczęciem eksperymentu. Następnie przymocuj stalową sprężynową smycz do kaniuli prowadzącej na grzbiecie gryzonia.

Podłącz drugi koniec kaniuli do szczelnego obrotowego złącza cieczowego znajdującego się nad komorą operacyjną. Aby szczury szybko nauczyły się zadania samopodawania, prowadź sesje przez sześć godzin dziennie przez cztery do pięciu kolejnych dni, zawsze o tej samej porze dnia. Za każde naciśnięcie dźwigni aktywnej podaj jedną infuzję metamfetaminy, po której następuje 30 sekundowy czas oczekiwania, podczas którego dźwignia nie podaje żadnej substancji.

Pod koniec pierwszego tygodnia gryzonie będą sprawnie samodzielnie podawać sobie metamfetaminę. W drugim tygodniu treningu prowadź z ratami codzienne dwugodzinne sesje, od poniedziałku do piątku, aby utrzymać i dopracować ich IV samopodawanie metamfetaminy. Kontynuuj przeprowadzanie sesji w stałym stosunku jeden (fixed ratio 1), z trzydziestosekundowymi przerwami (timeouts).

Stabilna, intensywna reakcja zostaje osiągnięta, gdy całkowita liczba infuzji metamfetaminy w trzech kolejnych sesjach różni się o mniej niż dziesięć procent. Innym wskaźnikiem stabilnej intensywnej reakcji jest sytuacja, w której skumulowana liczba infuzji w ciągu pierwszych trzydziestu minut jest większa niż skumulowana liczba infuzji w ciągu drugich trzydziestu minut. Gdy u szczurów wykształci się taki wzorzec przyjmowania leku, wskazuje to na zachowanie uzależniające, a nie jedynie na okazjonalne stosowanie.

Na koniec każdej sesji należy przygotować strzykawkę do przepłukania cewnika i odłączyć prowadnicę z grzbietu gryzonia. Przepłucz cewnik szczura 0.1 milliliters 0.9% roztworu soli fizjologicznej zawierającego 800 IU streptokinazy, aby zapobiec powstawaniu skrzepów krwi. Po przepłukaniu na każdą kaniulę prowadzącą nałóż osłonkę, aby zapobiec zapchaniu.

Następnie należy umieścić szczura z powrotem w jego klatce domowej. Należy zapoznać się z protokołem tekstowym dotyczącym sprawdzania drożności cewników oraz sposobami rozwiązywania typowych problemów występujących w tym eksperymencie. Do przeprowadzenia eksperymentu należy przygotować od dziesięciu do dwunastu pudełek z pleksiglasu.

Na każdym pudełku zaklej zewnętrzne strony trzech ścian sztywnym, nieprzezroczystym papierem, aby zapobiec wzajemnemu widzeniu się szczurów. Przednią ścianę pozostaw jednak odsłoniętą, aby umożliwić obserwację zwierząt podczas sesji stymulacji. Następnie częściowo zakryj górne krawędzie pudełek twardym panelem, aby zapobiec ucieczce szczurów, zapewniając jednocześnie dopływ powietrza.

Na górnym panelu umieść komutatory zapewniające połączenie elektryczne między nakładką na głowę gryzonia a systemem stymulacji. Do eksperymentów DBS należy użyć systemu stymulacji zdolnego do dostarczania stałego prądu do wielu zwierząt jednocześnie. System ten powinien posiadać programowalny interfejs.

Za pomocą kabli o odpowiedniej długości połącz porty kanałów stymulatorów z górnym cokołem elektronicznym każdego komutatora. Następnie połącz dolny cokół elektroniczny komutatora z wszczepionym cokołem elektrody na nakładce głownej gryzonia, używając 16 calowych kabli osłoniętych stalową sprężyną. Kabel powinien zapewniać szczurowi swobodny dostęp do każdego obszaru klatki, nie wywierając znaczącego napięcia na nakładkę głowną.

Zazwyczaj wystarczająca jest długość kabla sięgająca miejsca, w którym może znajdować się głowa szczura, gdy zwierzę stoi na czterech łapach. Aby zaprogramować system, należy użyć języka programowania wizualnego, by określić, jakie funkcje będzie pełnić każde urządzenie w celu osiągnięcia celów eksperymentu oraz które dane będą przechowywane i/lub wyświetlane w czasie rzeczywistym. Przed rozpoczęciem eksperymentu należy wprowadzić pożądaną częstotliwość, szerokość impulsu oraz amplitudę w wizualnym panelu sterowania.

Typowe parametry stymulacji o wysokiej częstotliwości u szczurów są zbliżone do tych stosowanych w klinicznej głębokiej stymulacji mózgu u ludzi. Częstotliwość wynosi od 130 do 180 Hz, szerokość impulsu od 60 do 90 ms, a amplituda prądu od 100 do 250 µA. Podczas przeprowadzania eksperymentu ze stymulacją mózgu, w trakcie umieszczania szczurów w klatkach, należy podłączyć stalowy kabel sprężynowy z komutatora do każdego gniazda elektrody na nasadce głownej.

W pierwszej kolejności należy sprawdzić impedancję każdej elektrody, wykorzystując prąd o natężeniu 5 µA przy częstotliwości 1000 Hz przez dwie sekundy. Jeśli impedancja elektrody wynosi 125 kΩ lub mniej, można kontynuować eksperyment. W przeciwnym razie należy rozważyć wykluczenie zwierzęcia z badania, ponieważ oporność elektrody może ograniczyć natężenie prądu do poziomów potencjalnie subterapeutycznych.

Zacznij od jednej lub dwóch sesji pozorowanych, aby oswoić szczury. Podczas tych sesji nie stosuj żadnej aktywnej terapii. Bezpośrednio po każdej sesji pozorowanej przetransportuj szczury do komór operantowych na codzienną dwugodzinną sesję dożylnego samopodawania metamfetaminy.

Na potrzeby eksperymentu przydziel szczury do dwóch grup w sposób zrównoważony: kohorty stymulacji aktywnej oraz kohorty stymulacji pozorowanej (sham), która będzie poddawana sesjom pozorowanym. Przeprowadzaj codzienne sesje głębokiej stymulacji mózgu przez pięć dni, po trzy godziny dziennie. Uważnie obserwuj zwierzęta podczas części każdej sesji stymulacji, aby odnotować, czy stymulacja powoduje jakiekolwiek wyraźne zmiany w zachowaniu.

Bezpośrednio po każdej sesji głębokiej stymulacji mózgu należy rozpocząć codzienną sesję dożylnej samopodaży metamfetaminy u szczurów. Po wprowadzeniu dożylnych cewników jugularnych i wewnątrzczaszkowych elektrod do głębokiej stymulacji mózgu, szczury nabyły nawyk i zwiększyły dawkę samopodawanego leku po dwóch dniach rozszerzonego dostępu do metamfetaminy. Następnie szczury przeniesiono na codzienny, dwugodzinny harmonogram treningu operacyjnego, aby zapobiec toksyczności metamfetaminy i ustanowić stabilny poziom reakcji, który mógłby być modyfikowany za pomocą różnych interwencji terapeutycznych.

Do szóstego dnia treningu operacyjnego szczury wykazały zwiększoną motywację do przyjmowania narkotyku, o czym świadczyło pojawienie się wzorca spożycia typu front loading. Wzorzec ten był w dużej mierze utrzymywany podczas kolejnych sesji. Po ugruntowaniu tego stabilnego wzorca nadużywania narkotyku zastosowano głęboką stymulację mózgu zgodnie z opisanym protokołem.

Doprowadziło to do wyraźnego zmniejszenia operacyjnego samozapodawania metamfetaminy drogą dożylną (IV). Po opanowaniu techniki, procedura ta może zostać ukończona w ciągu od dwóch do czterech tygodni, przy użyciu około dziesięciu do dwunastu zwierząt na grupę. Jest to rozwiązanie idealne do testowania efektów głębokiej stymulacji mózgu, biorąc pod uwagę ograniczoną żywotność kapsuł głowowych i cewników dożylnych u gryzoni otrzymujących metamfetaminę.

Niniejszą procedurę można wykorzystać do badania alternatywnych parametrów elektrycznych, różnych celów w mózgu oraz nowych wzorców dostarczania impulsów, a także kombinacji terapii elektrycznej i środków farmakologicznych, które mogą prowadzić do długotrwałej modyfikacji behawioralnej.