Name: Wytwarzanie i inicjacja na żądanie ostrej aktywności ictal w tkankach gryzoni i ludzkich (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-19T12:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 45 s
Description: Poznaj metodę indukowania ostrych napadów padaczkowych w tkankach kory mózgowej myszy i ludzi za pomocą 4-aminopirydyny. Technika ta umożliwia badanie mechanizmów neuronalnych odpowiedzialnych za początek i zakończenie napadu oraz testowanie potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych.

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

Ta praca była wspierana przez Kanadyjskie Instytuty Badań nad Zdrowiem (MOP 119603 do Petera L. Carlena i Taufika A. Valiante), Ontario Brain Institute (do Taufika A. Valiante) oraz Mightex Student Research Grant (do Michaela Changa). Chcielibyśmy podziękować Liamowi Longowi za pomoc w sfilmowaniu rękopisu wideo. Chcielibyśmy podziękować Paria Baharikhoob, Abeeshan Selvabasaran i Shadini Dematagoda za ich pomoc w opracowaniu rycin i tabel w tym manuskrypcie. Rysunki 1A, 3A, 4A i 6A są oryginalnymi rycinami wykonanymi na podstawie danych opublikowanych w Chang i wsp.16.

<ol><li>Jefferys, J. G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+understanding+basic+mechanisms+of+epilepsy+and+seizures%5BTitle%5D)+AND+%22Seizure%22%5BJournal%5D)">Advances in understanding basic mechanisms of epilepsy and seizures.</a> Seizure. 19 (10), 638-646 (2010).</li>
<li>Fujiwara, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resection+of+ictal+high-frequency+oscillations+leads+to+favorable+surgical+outcome+in+pediatric+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Resection of ictal high-frequency oscillations leads to favorable surgical outcome in pediatric epilepsy.</a> Epilepsia. 53 (9), 1607-1617 (2012).</li>
<li>Chen, H. Y., Albertson, T. E., Olson, K. R. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26174744">Treatment of drug-induced seizures.</a> British Journal of Clinical Pharmacology. 81 (3), 412-419 (2015).</li>
<li>Kwan, P., Brodie, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+Identification+of+Refractory+Epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22New+England+Journal+of+Medicine%22%5BJournal%5D)">Early Identification of Refractory Epilepsy.</a> New England Journal of Medicine. 342 (5), 314-319 (2000).</li>
<li>Giussani, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+population-based+study+of+active+and+drug-resistant+epilepsies+in+Northern+Italy%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+%26+Behavior%22%5BJournal%5D)">A population-based study of active and drug-resistant epilepsies in Northern Italy.</a> Epilepsy & Behavior. 55, 30-37 (2016).</li>
<li>Pellock, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview%3A+definitions+and+classifications+of+seizure+emergencies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Child+Neurology%22%5BJournal%5D)">Overview: definitions and classifications of seizure emergencies.</a> Journal of Child Neurology. 22 (5_suppl), 9S-13S (2007).</li>
<li>Löscher, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+review+of+current+animal+models+of+seizures+and+epilepsy+used+in+the+discovery+and+development+of+new+antiepileptic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Seizure%22%5BJournal%5D)">Critical review of current animal models of seizures and epilepsy used in the discovery and development of new antiepileptic drugs.</a> Seizure. 20 (5), 359-368 (2011).</li>
<li>Jones, R. S., da Silva, A. B., Whittaker, R. G., Woodhall, G. L., Cunningham, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+brain+slices+for+epilepsy+research%3A+Pitfalls%2C+solutions+and+future+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Human brain slices for epilepsy research: Pitfalls, solutions and future challenges.</a> Journal of Neuroscience Methods. 260, 221-232 (2016).</li>
<li>Castel-Branco, M., Alves, G., Figueiredo, I., Falcão, A., Caramona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+maximal+electroshock+seizure+%28MES%29+model+in+the+preclinical+assessment+of+potential+new+antiepileptic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+and+Findings+in+Experimental+and+Clinical+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">The maximal electroshock seizure (MES) model in the preclinical assessment of potential new antiepileptic drugs.</a> Methods and Findings in Experimental and Clinical Pharmacology. 31 (2), 101-106 (2009).</li>
<li>Wendling, F., Bartolomei, F., Modolo, J. Neocortical/Thalamic In Silico Models of Seizures and Epilepsy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWendling%2C+F+%22Models+of+Seizures+and+Epilepsy%22">Models of Seizures and Epilepsy</a>. Pitkänen, A., Buckmaster, P., Galanopoulou, A. S., Moshé, S. , Academic Press. London, San Diego (CA), Cambridge (MA), Oxford. 233-246 (2017).</li>
<li>Cocchi, L., Gollo, L. L., Zalesky, A., Breakspear, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Criticality+in+the+brain%3A+A+synthesis+of+neurobiology%2C+models+and+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Criticality in the brain: A synthesis of neurobiology, models and cognition.</a> Progress in Neurobiology. 158, 132-152 (2017).</li>
<li>Xue, M., Atallah, B. V., Scanziani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Equalizing+excitation-inhibition+ratios+across+visual+cortical+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Equalizing excitation-inhibition ratios across visual cortical neurons.</a> Nature. 511 (7511), 596-600 (2014).</li>
<li>Engel, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEngel%2C+J+%22Seizures+and+epilepsy%22">Seizures and epilepsy</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2013).</li>
<li>Panuccio, G., Curia, G., Colosimo, A., Cruccu, G., Avoli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epileptiform+synchronization+in+the+cingulate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Epileptiform synchronization in the cingulate cortex.</a> Epilepsia. 50 (3), 521-536 (2009).</li>
<li>Avoli, M., de Curtis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GABAergic+synchronization+in+the+limbic+system+and+its+role+in+the+generation+of+epileptiform+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">GABAergic synchronization in the limbic system and its role in the generation of epileptiform activity.</a> Progress in Neurobiology. 95 (2), 104-132 (2011).</li>
<li>Chang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brief+activation+of+GABAergic+interneurons+initiates+the+transition+to+ictal+events+through+post-inhibitory+rebound+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+Disease%22%5BJournal%5D)">Brief activation of GABAergic interneurons initiates the transition to ictal events through post-inhibitory rebound excitation.</a> Neurobiology of Disease. 109, 102-116 (2018).</li>
<li>Jiruska, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+network+activity%2C+global+increase+in+neuronal+activity%2C+and+synchrony+expansion+precede+epileptic+seizures+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">High-frequency network activity, global increase in neuronal activity, and synchrony expansion precede epileptic seizures in vitro.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (16), 5690-5701 (2010).</li>
<li>Jirsa, V. K., Stacey, W. C., Quilichini, P. P., Ivanov, A. I., Bernard, C. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24919973">On the nature of seizure dynamics.</a> Brain. 137 (Pt 8), 2210-2230 (2014).</li>
<li>Colbert, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+cortical+brain+slices+for+electrophysiological+recording%5BTitle%5D)+AND+%22Ion+Channels%3A+Methods+and+Protocols%22%5BJournal%5D)">Preparation of cortical brain slices for electrophysiological recording.</a> Ion Channels: Methods and Protocols. 337, 117-125 (2006).</li>
<li>Li, H., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synaptic+activity+in+chronically+injured%2C+epileptogenic+sensory-motor+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Synaptic activity in chronically injured, epileptogenic sensory-motor neocortex.</a> Journal of Neurophysiology. 88 (1), 2-12 (2002).</li>
<li>Köhling, R., Avoli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methodological+approaches+to+exploring+epileptic+disorders+in+the+human+brain+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Methodological approaches to exploring epileptic disorders in the human brain in vitro.</a> Journal of Neuroscience Methods. 155 (1), 1-19 (2006).</li>
<li>Mostany, R., Portera-Cailliau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Craniotomy+Surgery+Procedure+for+Chronic+Brain+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A Craniotomy Surgery Procedure for Chronic Brain Imaging.</a> Journal of Visualized Experiments. (12), e680(2008).</li>
<li>Ritter, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((WONOEP+appraisal%3A+optogenetic+tools+to+suppress+seizures+and+explore+the+mechanisms+of+epileptogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">WONOEP appraisal: optogenetic tools to suppress seizures and explore the mechanisms of epileptogenesis.</a> Epilepsia. 55 (11), 1693-1702 (2014).</li>
<li>Zhao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+type-specific+channelrhodopsin-2+transgenic+mice+for+optogenetic+dissection+of+neural+circuitry+function%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Cell type-specific channelrhodopsin-2 transgenic mice for optogenetic dissection of neural circuitry function.</a> Nature Methods. 8 (9), 745-752 (2011).</li>
<li>Arenkiel, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+light-induced+activation+of+neural+circuitry+in+transgenic+mice+expressing+channelrhodopsin-2%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">In vivo light-induced activation of neural circuitry in transgenic mice expressing channelrhodopsin-2.</a> Neuron. 54 (2), 205-218 (2007).</li>
<li>Heinemann, U., et al. Brain slices from human resected tissue. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHeinemann%2C+U+%22Models+of+Seizures+and+Epilepsy%22">Models of Seizures and Epilepsy</a>. Pitkänen, A., Buckmaster, P., Galanopoulou, A. S., Moshé, S. , Academic Press. London, San Diego (CA), Cambridge (MA), Oxford. 285-299 (2017).</li>
<li>Florez, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+recordings+of+human+neocortical+oscillations%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">In vitro recordings of human neocortical oscillations.</a> Cerebral Cortex. 25 (3), 578-597 (2015).</li>
<li>Lein, P. J., Barnhart, C. D., Pessah, I. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+hippocampal+slice+preparation+and+hippocampal+slice+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Acute hippocampal slice preparation and hippocampal slice cultures.</a> Methods in Molecular Biology. , 115-134 (2011).</li>
<li>Haas, H. L., Schaerer, B., Vosmansky, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+perfusion+chamber+for+the+study+of+nervous+tissue+slices+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A simple perfusion chamber for the study of nervous tissue slices in vitro.</a> Journal of Neuroscience Methods. 1 (4), 323-325 (1979).</li>
<li>Poulton, T. J., Ellingson, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seizure+associated+with+induction+of+anesthesia+with+isoflurane%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%3A+The+Journal+of+the+American+Society+of+Anesthesiologists%22%5BJournal%5D)">Seizure associated with induction of anesthesia with isoflurane.</a> Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists. 61 (4), 471-476 (1984).</li>
<li>Borris, D. J., Bertram, E. H., Kapur, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ketamine+controls+prolonged+status+epilepticus%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+Research%22%5BJournal%5D)">Ketamine controls prolonged status epilepticus.</a> Epilepsy Research. 42 (2-3), 117-122 (2000).</li>
<li>DeFelipe, J., Alonso-Nanclares, L., Arellano, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructure+of+the+neocortex%3A+comparative+aspects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurocytology%22%5BJournal%5D)">Microstructure of the neocortex: comparative aspects.</a> Journal of Neurocytology. 31 (3-5), 299-316 (2002).</li>
<li>Velasco, A. L., Wilson, C. L., Babb, T. L., Engel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+anatomic+correlates+of+two+frequently+observed+temporal+lobe+seizure-onset+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Plasticity%22%5BJournal%5D)">Functional and anatomic correlates of two frequently observed temporal lobe seizure-onset patterns.</a> Neural Plasticity. 7 (1-2), 49-63 (2000).</li>
<li>Vlachos, A., Reddy-Alla, S., Papadopoulos, T., Deller, T., Betz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Homeostatic+regulation+of+gephyrin+scaffolds+and+synaptic+strength+at+mature+hippocampal+GABAergic+postsynapses%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Homeostatic regulation of gephyrin scaffolds and synaptic strength at mature hippocampal GABAergic postsynapses.</a> Cerebral Cortex. 23 (11), 2700-2711 (2012).</li>
<li>Kirmse, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GABA+depolarizes+immature+neurons+and+inhibits+network+activity+in+the+neonatal+neocortex+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">GABA depolarizes immature neurons and inhibits network activity in the neonatal neocortex in vivo.</a> Nature Communications. 6, 7750(2015).</li>
<li>Stein, V., Hermans-Borgmeyer, I., Jentsch, T. J., Hübner, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expression+of+the+KCl+cotransporter+KCC2+parallels+neuronal+maturation+and+the+emergence+of+low+intracellular+chloride%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+Neurology%22%5BJournal%5D)">Expression of the KCl cotransporter KCC2 parallels neuronal maturation and the emergence of low intracellular chloride.</a> Journal of Comparative Neurology. 468 (1), 57-64 (2004).</li>
<li>Wong, B. Y., Prince, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+lateral+spread+of+ictal+discharges+in+neocortical+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+Research%22%5BJournal%5D)">The lateral spread of ictal discharges in neocortical brain slices.</a> Epilepsy Research. 7 (1), 29-39 (1990).</li>
<li>Trevelyan, A. J., Sussillo, D., Watson, B. O., Yuste, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modular+propagation+of+epileptiform+activity%3A+evidence+for+an+inhibitory+veto+in+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Modular propagation of epileptiform activity: evidence for an inhibitory veto in neocortex.</a> Journal of Neuroscience. 26 (48), 12447-12455 (2006).</li>
<li>Brahma, B., Forman, R., Stewart, E., Nicholson, C., Rice, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ascorbate+inhibits+edema+in+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurochemistry%22%5BJournal%5D)">Ascorbate inhibits edema in brain slices.</a> Journal of Neurochemistry. 74 (3), 1263-1270 (2000).</li>
<li>MacGregor, D. G., Chesler, M., Rice, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HEPES+prevents+edema+in+rat+brain+slices%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Letters%22%5BJournal%5D)">HEPES prevents edema in rat brain slices.</a> Neuroscience Letters. 303 (3), 141-144 (2001).</li>
<li>Ting, J. T., Daigle, T. L., Chen, Q., Feng, G. Acute brain slice methods for adult and aging animals: Application of targeted patch clamp analysis and optogenetics. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTing%2C+JT+%22Patch-clamp+Methods+and+Protocols%22">Patch-clamp Methods and Protocols</a>. Martina, M., Taverna, S. , Humana Press. New York, NY. 221-242 (2014).</li>
<li>Swartzwelder, H. S., Lewis, D., Anderson, W., Wilson, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seizure-like+events+in+brain+slices%3A+suppression+by+interictal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Seizure-like events in brain slices: suppression by interictal activity.</a> Brain Research. 410 (2), 362-366 (1987).</li>
<li>Lees, G., Stöhr, T., Errington, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoselective+effects+of+the+novel+anticonvulsant+lacosamide+against+4-AP+induced+epileptiform+activity+in+rat+visual+cortex+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropharmacology%22%5BJournal%5D)">Stereoselective effects of the novel anticonvulsant lacosamide against 4-AP induced epileptiform activity in rat visual cortex in vitro.</a> Neuropharmacology. 50 (1), 98-110 (2006).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Wycinki mózgu są leczone lekiem prokonwulsyjnym lub zmienionym perfuzatem ACSF w celu zwiększenia pobudliwości sieci neuronowej i przyspieszenia zdarzeń ictal (zdarzeń podobnych do napadów elektrograficznych). W przypadku myszy preferowane wycinki koronalne obszaru somatosensoryczno-motorycznego powinny zawierać korę obręczy, obszar 2 (CG), ale nie obszar zaśledziony (RS); Te markery anatomiczne pomagają zidentyfikować zakres wycinków koronalnych, które najlepiej nadają się do wywoływania zdarzeń ICTAL. Opcjonalną modyfi...

Modele ostrych napadów mogą z powodzeniem odtwarzać sygnatury elektrograficzne przypominające zdarzenia ictal obserwowane w elektroencefalogramie (EEG) u osób doświadczających napadu. Badacze używają tych zdarzeń podobnych do napadów (zwanych dalej "zdarzeniami ictal") jako substytutów zdarzenia napadowego1. Klinicznie zdarzenia ictal służą jako wiarygodny wskaźnik zastępczy dla napadów, ponieważ napady są zaburzeniem neurologicznym, które wywodzi się z mózgu. Na oddziale monitorowania padaczki neurolodzy polegają na wykrywaniu zdarzeń zakaźnych, aby potwierdzić obszar padaczkowy mózgu i wyizolować go do resekcji2. Na oddziale intensywnej terapii lekarze monitorują aktywność pacjenta, aby ocenić, czy u pacjentów w sedacji utrzymuje się jakakolwiek aktywność napadowa3. Kontrolowanie napadów padaczkowych pozostaje wyzwaniem dla środowiska medycznego, ponieważ 30% pacjentów z padaczką jest opornych na dostępne leki4,5, a 10% przypadków medycznych obejmujących napady wywołane lekami nie reaguje na standardowe leczenie3. Stanowi to poważny problem dla społeczeństwa, ponieważ przewiduje się, że 10% populacji amerykańskiej doświadczy jednego napadu padaczkowego w swoim życiu, a 3% oczekuje się, że rozwinie się padaczka6.
Badanie napadów padaczkowych w modelach przewlekłej padaczki jest kosztowne, pracochłonne i często zajmuje miesiące7. Trudno jest również wykonywać zapisy elektrofizjologiczne u swobodnie poruszających się zwierząt. Badania kliniczne na ludziach borykają się z podobnymi problemami, a także z dodatkowymi zawiłościami związanymi ze zgodą pacjenta, zmiennością pochodzenia uczestników oraz związanymi z tym względami moralnymi i etycznymi8. Z drugiej strony, modele ostrych napadów są korzystne, ponieważ są stosunkowo wygodne w przygotowaniu, opłacalne i zdolne do generowania dużych ilości zdarzeń ictal do badania9. Dodatkowo tkanka jest unieruchomiona w stabilnej pozycji, dzięki czemu warunki są idealne do wykonania zapisów elektrofizjologicznych niezbędnych do zbadania dynamiki napadów i związanej z nimi patofizjologii. Modele ostrych napadów pozostają korzystne w porównaniu z modelami in silico (komputerowymi), ponieważ opierają się na materiale biologicznym składającym się z sieci neuronalnej mózgu ze wszystkimi jej nieodłącznymi czynnikami i połączeniami synaptycznymi, które mogą nie zostać uchwycone nawet przez najbardziej szczegółowe modele komputerowe10. Cechy te sprawiają, że modele ostrych napadów padaczkowych mogą być skuteczne w badaniach przesiewowych pod kątem potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych i dokonywaniu wstępnych ustaleń przed przekazaniem ich do dalszych badań w modelach przewlekłej padaczki i badaniach klinicznych.
Zazwyczaj, modele ostrych napadów pochodzą z normalnej tkanki mózgowej, która została poddana działaniu warunków nadpobudliwości. Aby wywołać klinicznie istotne zdarzenia ictal w zdrowej tkance mózgowej, ważne jest, aby zrozumieć, że mózg funkcjonuje optymalnie w stanie krytycznym11, gdzie pobudzenie (E) i hamowanie (I) są zrównoważone12. Zaburzenie równowagi E-I może prowadzić do stanu napadu nadpobudliwego, w którym przyspieszają się zdarzenia ictal. W związku z tym, w ramach tych ram koncepcyjnych, istnieją dwie główne strategie generowania zdarzeń ictal w wycinkach mózgu (in vitro) lub w preparatach z całego mózgu (in vivo): albo zmniejszone hamowanie ("odhamowanie"), albo zwiększone pobudzenie ("brak odhamowania"). Jednak zdarzenia ictal są wysoce uporządkowanymi i zsynchronizowanymi zdarzeniami, które wymagają wpływu interneuronów GABAergic do orkiestracji aktywności sieci neuronowej13,14. Z tego powodu modele bez odhamowania są najbardziej skuteczne w generowaniu zdarzeń ictal w izolowanych sieciach neuronowych, takich jak in vitro slice15, podczas gdy modele odhamowania in vitro zwykle prowadzą do aktywności skokowej przypominającej skok międzynapadowy. Co więcej, w tych ramach koncepcyjnych, chwilowe zdarzenie synchronizujące może również niezawodnie wywołać ictal event16. W rzeczywistości zdarzenie ictal może zostać wywołane przez każde drobne zakłócenie zastosowane w systemie neuronowym17, gdy znajduje się on w <punkcie przejścia w stan krytyczny ("bifurkacja"), sup class="xref">18. Tradycyjnie, zaburzenia te były wywoływane przez stymulację elektryczną. Niedawny rozwój optogenetyki w neurobiologii oferuje jednak teraz bardziej elegancką strategię wywoływania przejść stanów krytycznych16.
Metody opisane w tym artykule pokazują, jak generować zdarzenia ictal na żądanie w modelach ostrych napadów zarówno dla badań in vitro (krok 1 Protokołu), jak i in vivo (krok 2 Protokołu). Obejmują one wybór regionu mózgu, metody indukcji napadów, rodzaju badania i gatunku; jednak nacisk zostanie położony na zalecany wybór modelu ostrego napadu korowego 4-AP ze względu na jego wszechstronność w wielu różnych typach badań. Model ostrego napadu 4-AP in vitro opiera się na standardowym protokole przygotowania wysokiej jakości wycinków mózgu do zapisów elektrofizjologicznych i badań obrazowych19. Protokoły te zostały już wykorzystane do stworzenia in vitro koronalnych wycinków mózgu z kory somatosensoryczno-ruchowej myszy16,20 i people21. Modyfikacje mające na celu generowanie zdarzeń ictal w tego typu wycinkach mózgu zostały już wcześniej zademonstrowane16, a pełne szczegóły są opisane w Protokole poniżej. Model ostrego napadu korowego in vivo 4-AP opiera się na standardowym protokole przygotowania kraniotomii do badań obrazowych22. Modyfikacja polega na tym, że po kraniotomii nie jest instalowane żadne okno (szklane przesuwne). Zamiast tego środki prokondracyjne (4-AP) są miejscowo nakładane na odsłoniętą korę mózgową w celu wywołania zdarzeń ictal, gdy zwierzę jest w znieczuleniu ogólnym. O ile nam wiadomo, nasza grupa była pierwszą, która opracowała ten model ostrego napadu korowego in vivo u myszy16,23. Model ostrego napadu korowego 4-AP in vivo przygotowany na dorosłych myszach został opracowany w celu uzupełnienia modelu in vitro slice z tkanki młodocianej. Replikacja wyników w modelu napadów padaczkowych in vivo u dorosłych pomaga uogólnić wyniki z modeli warstwowych, rozwiązując nieodłączne obawy dotyczące niefizjologicznych warunków wycinka mózgu 2D (w porównaniu ze strukturą 3D całego mózgu) oraz fizjologicznych różnic między tkanką młodzieńczą a dorosłą.
Metoda inicjacji zdarzenia ictal na żądanie jest demonstrowana przy użyciu albo zaciągnięć neuroprzekaźników za pomocą pikospritzera, albo strategii optogenetycznych. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nasza grupa jest pierwszą, która zainicjowała zdarzenia ictal w tkance ludzkiej za pomocą neuroprzekaźników za pomocą picospritzer16. W przypadku strategii optogenetycznych szczep myszy C57BL/6 jest konwencjonalnym szczepem używanym do ekspresji transgenów. Ekspresja rodopsyny kanałowej-2 (ChR2) w interneuronach GABA-ergicznych lub glutaminergicznym komórkach piramidowych zapewni opcjonalną zdolność do generowania zdarzeń ictal na żądanie za pomocą krótkich impulsów świetlnych. Odpowiednie szczepy myszy optogenetycznych obejmują dostępny na rynku wariant C57BL / 6, który wyraża ChR2 w interneuronach, przy użyciu promotora mysiego pęcherzykowego transportera GABA (VGAT) < klasa sup = "xref">24, lub komórki piramidalne, przy użyciu promotora antygenu 1 komórek grasicy myszy (Thy1) 25. Te komercyjnie dostępne myszy VGAT-ChR2 i Thy1-ChR2 oferują możliwość aktywacji neuronów GABA-ergicznych lub neuronów glutaminergiczne, odpowiednio, w korze nowej za pomocą niebieskiego (470 nm) światła. Możliwość generowania zdarzeń ictal na żądanie w modelach ostrych napadów może dać nowe możliwości badania dynamiki inicjacji napadów i skutecznej oceny potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych.

<table><tbody><tr><td>Pentobarbital sodu</td><td>Nie</td> dotyczy <td></td><td>Nie dotyczy Zakupiono za pośrednictwem dostawców Toronto Western Hospital</td></tr><tr><td>Strzykawka 1 mm</td><td>NIE</td> DOTYCZY <td></td><td>Zakupiono w sklepie UT Med Store</td></tr><tr><td>25G 5/8" sterylna igła</td><td>NIE</td><td>DOTYCZY NIE DOTYCZY</td><td>Zakupiono w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Żyletka jednoostrzowa (2x)</td> <td>Nie dotyczy</td><td>Nie dotyczy Zakupiono w sklepie</td><td></td></tr> <tr><td>UT MedKlej błyskawiczny</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Store Papier do soczewek</td><td>NIE</td><td>DOTYCZY</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Szklana szalka Petriego (2x)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Kleszczyki do odłamków (2x)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr> Store <tr><td>Mikroszpatułka z uchwytem PVC</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Zakupiony przez UT Med Przechowywać</td></tr><tr><td>Micro Spoon z płaską końcówką</td><td>N/A N</td><td>/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Pędzel do detali 5/0</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Zakupiony w butikowym sklepie ze sztuką</td></tr><tr><td>Pipeta transferowa o szerokim otworze</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Pęseta dentystyczna</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w UT Med Store</td></tr><tr><td>Termometr (cyfrowy)</td> <td>N/A</td><td>Nie dotyczy Zakupiono</td><td>w dniu Amazon.ca</td></tr><tr><td>Sprawdź zbiornik karbogeniczny (95% O2/5%CO2)&nbsp;</td><td>Nie</td> dotyczy <td>Nie dotyczy</td><td>Zakupiono za pośrednictwem dostawców Toronto Western Hospital</td></tr><tr><td>Vibratome</td><td>Leica</td><td>Nie dotyczy Zakupiono</td><td>za pośrednictwem dostawców Toronto Western Hospital</td></tr><tr><td>Komora inkubacji wycinków mózgu (znana również jako Brain Slice Keeper)&nbsp;</td><td>Scientific Systems Design Inc</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Chlorek sodu (NaCl)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Wodorowęglan sodu</td><td>NIE</td> DOTYCZY <td></td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr> Store <tr><td>Dekstroza</td><td>Nie</td> dotyczy <td></td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Chlorek potasu (KCl)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie</td></tr> <tr><td>UT MedSiarczan magnezu (MgSO4 H2O)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Jednozasadowy fosforan sodu jednowodny (HNaPO4&middot; H2O)</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Zakupiony w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Chlorek wapnia (CaCl2&middot; 2H2O)</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Zakupione w sklepie UT Med</td></tr><tr><td>Store Sacharoza</td><td>N</td><td>/A N/A Zakupione</td><td>w sklepie UT Med</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie i inicjacja na żądanie ostrej aktywności ictal w tkankach gryzoni i ludzkich

Generation and On-Demand Initiation of Acute Ictal Activity in Rodent and Human Tissue

Kontrolowanie napadów padaczkowych pozostaje wyzwaniem dla społeczności medycznej. Aby poczynić postępy, naukowcy potrzebują sposobu na dogłębne zbadanie dynamiki napadów i zbadanie ich mechanizmów leżących u ich podstaw. Modele ostrych napadów są wygodne, oferują możliwość wykonywania zapisów elektrofizjologicznych i mogą generować dużą ilość zdarzeń elektrograficznych podobnych do napadów (ictal). Obiecujące wyniki badań nad ostrymi napadami padaczkowymi mogą zostać następnie wykorzystane w modelach przewlekłej padaczki i badaniach klinicznych. W związku z tym badanie napadów w ostrych modelach, które wiernie odwzorowują sygnatury elektrograficzne i dynamiczne napadu klinicznego, będzie miało zasadnicze znaczenie dla uzyskania klinicznie istotnych wyników. Badanie zdarzeń zakaźnych w modelach ostrych napadów padaczkowych przygotowanych z tkanki ludzkiej jest również ważne dla uzyskania wyników, które są istotne klinicznie. Główny nacisk w tym artykule położono na korowy model 4-AP ze względu na jego wszechstronność w generowaniu zdarzeń ictal zarówno w badaniach in vivo, jak i in vitro, a także w tkance mysiej i ludzkiej. Metody przedstawione w tym artykule opiszą również alternatywną metodę indukcji napadów przy użyciu modelu Zero-Mg2+ i zapewnią szczegółowy przegląd zalet i ograniczeń aktywności podobnej do padaczkowatej generowanej w różnych modelach ostrych napadów. Ponadto, wykorzystując dostępne na rynku optogenetyczne szczepy myszy, krótki (30 ms) impuls świetlny może być wykorzystany do wywołania zdarzenia ictal identycznego z tymi, które występują spontanicznie. Podobnie, 30-100 ms zaciągnięcia neuroprzekaźników (kwas gamma-aminomasłowy lub glutaminian) mogą być stosowane do tkanki ludzkiej, aby wywołać zdarzenia ictal, które są identyczne z tymi, które występują spontanicznie. Możliwość wywoływania zdarzeń napadowych na żądanie w modelach ostrych napadów daje nowo odkrytą możliwość obserwowania dokładnej sekwencji zdarzeń, które leżą u podstaw dynamiki inicjacji napadów i skutecznej oceny potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych.

Zastosowanie 10 µM 4-AP do wysokiej jakości (nieuszkodzonych) 450 µm plastrów kory mózgowej młodego myszy VGAT-ChR2 niezawodnie indukowało nawracające zdarzenia iktalne (&gt; 5 s) w ciągu 15 min (Rycina 1Ai). Zastosowanie 10 µM 4-AP do plastrów słabej jakości skutkowało wystąpieniem zdarzeń seryjnych lub aktywności kolczastej (Rycina 1Aii). Średnio 40% plastrów z każdego wypreparowanego mózgu myszy pomyślnie generowało zdarzenia ...

Modele ostrych napadów są ważne dla badania mechanizmów leżących u podstaw zdarzeń padaczkowych. Co więcej, możliwość generowania zdarzeń padaczkowych na żądanie zapewnia wysoce efektywną metodę badania dokładnej sekwencji zdarzeń leżących u podstaw ich inicjacji. W tym miejscu opisujemy ostre modele napadów korowych 4-aminopirydyny ustalone w tkance mysiej i ludzkiej.

Wytwarzanie i inicjacja na żądanie ostrej aktywności ictal w tkankach gryzoni i ludzkich

Controlling seizures remains a challenging issue for the medical community. To make progress, researchers need a way to extensively study seizure dynamics ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w badaniu mechanizmów napadów, takie jak to, jakie subpopulacje neuronalne są odpowiedzialne za początek i zakończenie napadu elektrograficznego. Główną zaletą tej techniki jest to, że może ona odtwarzać elektrograficzne zdarzenia napadowe, na żądanie, oraz modele in vivo i in vitro, które przypominają te obserwowane klinicznie. Technika ta może być również wykorzystana do poszukiwania potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych, poprzez próbę wywołania elektrograficznych zdarzeń napadowych podczas stosowania różnych kandydatów na leki przeciwpadaczkowe.Aby przygotować plastry kory mózgowej, przyklej przedkliniczną tkankę mózgową do etapu Vibratome, używając natychmiastowego kleju klejącego. Delikatnie umieść uchwyt specimin w tacce buforowej. Upewnij się, że grzbietowa część mózgu jest skierowana w stronę ostrza wibratomu.Pokrój mózg na odcinki o grubości 450 mikrometrów, w kierunku grzbietowym do brzusznym. Wykonaj pierwsze nacięcie w przedklinicznym mózgu zwierzęcia, aby usunąć opuszkę węchową. Następnie wykonuj kolejne cięcia, aż do zaobserwowania obszaru motorycznego somatosensorycznego.Użyj pipety o szerokim otworze. Przenie

generation-on-demand-initiation-acute-ictal-activity-rodent-human

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Ten film pokazuje indukcję zdarzeń ictal w wycinkach kory koronalnej od transgenicznej myszy eksprymującej aktywowane światłem kanały kationowe w korowych pobudzających neuronach piramidowych. Wycinek umieszcza się w komorze nagrywającej, a elektrodę rejestrującą wprowadza się do powierzchownej warstwy korowej. Po perfuzji z lekiem wywołującym drgawki, który blokuje kanały potasowe, neurony stają się nadpobudliwe i generują spontaniczne zdarzenia ictal. Aby wygenerować zdarzenia ictal na...

Generowanie spontanicznych i na żądanie zdarzeń ictal w wycinkach kory mózgowej myszy

Źródło: Jang, S., et al, Electroconvulsive Seizures in Rats and Fractionation of Their Hippocampi to Examine Seizure-induced Changes in Postsynaptic Density Proteins. J. Vis. Exp. (2017)Ten film pokazuje indukcję ostrego napadu elektrowstrząsowego (ECS) w modelu szczurzym w celu zbadania neuroplastyczności wywołanej napadem. Naukowcy stosują stymulację elektryczną za pomocą elektrod z klipsem do ucha, wywołując nadpobudliwość neuronów i klonus. Model ten pomaga badać plastyczność synaptyczną,...

Wywoływanie ostrego napadu elektrowstrząsowego w modelu szczurzym

Tutaj demonstrujemy użycie bezprzewodowej technologii umożliwiającej elektroencefalogram (EEG) w modelach chorób ludzkich noworodków gryzoni. Dzięki telemetrii nie ma obciążających połączeń, co pozwala na naturalne zachowania.

Długotrwałe, ciągłe monitorowanie EEG w modelach chorób człowieka u małych gryzoni przy użyciu systemu nadajników bezprzewodowych Epoch

Ten film przedstawia procedury przygotowania, rejestracji i analizy źródeł wysokorozdzielczego EEG u szczurów poddanych sedacji ze szczególnym przedklinicznym modelem padaczki ogniskowej w warunkach nieinwazyjnych.

Obrazowanie źródła mózgu w przedklinicznych szczurzych modelach padaczki ogniskowej przy użyciu zapisów EEG o wysokiej rozdzielczości

Oscylacje są podstawowymi właściwościami sieci i są modulowane przez choroby i leki. Badanie oscylacji wycinków mózgu pozwala na scharakteryzowanie izolowanych sieci w kontrolowanych warunkach. Zapewniono protokoły przygotowania ostrych wycinków mózgu do wywoływania oscylacji γ CA1.

Generowanie lokalnych oscylacji γ CA1 przez stymulację tężcową

Ten protokół opisuje chirurgiczną konfigurację stałego leja elektrody oczaszkowej i wszczepionej elektrody klatki piersiowej u gryzoni. Umieszczając drugą elektrodę w gnieździe, różne rodzaje przezczaszkowej elektrycznej stymulacji mózgu mogą być dostarczane do układu motorycznego u zwierząt czujnych przez nienaruszoną czaszkę.

Przezczaszkowa elektryczna stymulacja mózgu u czujnych gryzoni

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.

Przewlekła przezczaszkowa stymulacja elektryczna i zapis wewnątrzkorowy u szczurów

Ilustrujemy, jak przeprowadzić rejestrację i elektryczną modulację aktywności padaczkowej indukowanej przez 4-aminopirydynę w wycinkach mózgu gryzoni za pomocą układów mikroelektrod. Niestandardowa komora rejestracyjna utrzymuje żywotność tkanek podczas długotrwałych sesji eksperymentalnych. Mapowanie elektrod na żywo i wybór par stymulujących odbywa się za pomocą niestandardowego graficznego interfejsu użytkownika.

Rejestracja i modulacja aktywności padaczkowej w wycinkach mózgu gryzoni sprzężonych z układami mikroelektrod

Prezentowany protokół opisuje transport i przygotowanie wyciętej ludzkiej tkanki hipokampa, której ostatecznym celem jest wykorzystanie ważnych wycinków mózgu jako narzędzia do oceny przedklinicznej potencjalnych substancji przeciwpadaczkowych.

Przygotowanie ostrych wycinków ludzkiego hipokampa do zapisów elektrofizjologicznych

Tutaj opisujemy przygotowanie organicznych plastrów kory nosa i hipokampa. Przy stopniowym i kontrolowanym pozbawianiu surowicy, plastry te przedstawiają ewoluujące zdarzenia podobne do padaczki i mogą być uważane za model epileptogenezy ex vivo. System ten stanowi doskonałe narzędzie do monitorowania dynamiki spontanicznej aktywności, a także do oceny progresji cech neurozapalnych w całym przebiegu epileptogenezy.

Model epileptogenezy w organotypowych kulturach warstwowych kory nosa i hipokampa

Ten raport opisuje metody generowania modelu padaczki skroniowej na podstawie elektrycznego rozpalenia transgenicznych myszy VGAT-Cre. Rozpalone myszy VGAT-Cre mogą być przydatne w określaniu, co powoduje padaczkę i w badaniach przesiewowych nowych terapii.

Przygotowanie i wszczepienie elektrod dla elektrycznie zapalających myszy VGAT-Cre w celu wygenerowania modelu padaczki skroniowej

Poznaj metodę indukowania ostrych napadów padaczkowych w tkankach kory mózgowej myszy i ludzi za pomocą 4-aminopirydyny. Technika ta umożliwia badanie mechanizmów neuronalnych odpowiedzialnych za początek i zakończenie napadu oraz testowanie potencjalnych terapii przeciwpadaczkowych.

Wytwarzanie i inicjacja na żądanie ostrej aktywności ictal w tkankach gryzoni i ludzkich

Przeglądaj więcej filmów