Name: In vivo (in vivo) Pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-03-23T12:45:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Poznaj metodę in vivo FDG-PET do oceny metabolicznych zmian wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów. Technika ta pozwala wizualizować aktywność metaboliczną w czasie rzeczywistym i udoskonalać protokoły stymulacji.

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

Dziękujemy Prof. Christine Winter, Julii Klein, Alexandrze de Francisco i Yolandzie Sierra za ich nieocenione wsparcie w optymalizacji opisanej tu metodologii. MLS był wspierany przez Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (numer projektu PI17/01766 i numer grantu BA21/0030) współfinansowany przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego (EFRR), "Sposób na Europę"; CIBERSAM (numer projektu CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (numer projektu 2017/085); Fundación Mapfre; oraz Fundación Alicia Koplowitz. MCV było wspierane przez Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno jako stypendystkę tej instytucji oraz Wspólny Program UE - Badania nad chorobami neurodegeneracyjnymi (JPND). DRM był wspierany przez Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, współfinansowany przez Europejski Fundusz Społeczny "Investing in your future" (numer grantu PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR był wspierany przez Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". Prace MD były wspierane przez Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) i Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). CNIC jest wspierany przez Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) i Fundację Pro CNIC, a także jest Centrum Doskonałości Severo Ochoa (SEV-2015-0505).

<ol><li>Gildenberg, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuromodulation%3A+A+historical+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromodulation%22%5BJournal%5D)">Neuromodulation: A historical perspective.</a> Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).</li>
<li>Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current+and+future+directions+of+deep+brain+stimulation+for+neurological+and+psychiatric+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.</a> Journal of Neurosurgery. 131 (2), 333-342 (2019).</li>
<li>Casquero-Veiga, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preclinical+molecular+neuroimaging+in+deep+brain+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Complutense+University+of+Madrid%22%5BJournal%5D)">Preclinical molecular neuroimaging in deep brain stimulation.</a> Complutense University of Madrid. , Faculty of Medicine, Department of Pharmacology (2021).</li>
<li>Blaha, C. D. Theories of deep brain stimulation mechanisms. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBlaha%2C+CD+%22Deep+Brain+Stimulation%3A+Indictions+and+Applications%22">Deep Brain Stimulation: Indictions and Applications</a>. , Jenny Stanford Publishing. New York. 314-338 (2016).</li>
<li>Fins, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation%3A+Ethical+issues+in+clinical+practice+and+neurosurgical+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neuromodulation%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation: Ethical issues in clinical practice and neurosurgical research.</a> Neuromodulation. 1, 81-91 (2009).</li>
<li>Desmoulin-Canselier, S., Moutaud, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+and+animal+experimentation+in+the+development+of+deep+brain+stimulation%3A+From+a+specific+controversy+to+a+multidimensional+debate%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroanatomy%22%5BJournal%5D)">Animal models and animal experimentation in the development of deep brain stimulation: From a specific controversy to a multidimensional debate.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 13, 51(2019).</li>
<li>Casquero-Veiga, M., Hadar, R., Pascau, J., Winter, C., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+to+deep+brain+stimulation+in+three+brain+targets+with+implications+in+mental+disorders%3A+A+PET+study+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Response to deep brain stimulation in three brain targets with implications in mental disorders: A PET study in rats.</a> PLOS One. 11 (12), 0168689(2016).</li>
<li>Casquero-Veiga, M., García-García, D., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+deep+brain+stimulation%3A+In+vivo+metabolic+consequences+of+the+electrode+insertional+effect%5BTitle%5D)+AND+%22BioMed+Research+International%22%5BJournal%5D)">Understanding deep brain stimulation: In vivo metabolic consequences of the electrode insertional effect.</a> BioMed Research International. 2018, 1-6 (2018).</li>
<li>Casquero-Veiga, M., García-García, D., Pascau, J., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulating+the+nucleus+accumbens+in+obesity%3A+A+positron+emission+tomography+study+after+deep+brain+stimulation+in+a+rodent+model%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Stimulating the nucleus accumbens in obesity: A positron emission tomography study after deep brain stimulation in a rodent model.</a> PLOS One. 13 (9), 0204740(2018).</li>
<li>Pascau, J., Vaquero, J. J., Abella, M., Cacho, R., Lage, E., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multimodality+workstation+for+small+animal+image+visualization+and+analysis.+Scientific+Papers%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Multimodality workstation for small animal image visualization and analysis. Scientific Papers.</a> Molecular Imaging and Biology. 8, 97-98 (2006).</li>
<li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+Rat+Brain+in+Stereotaxic+Coordinates%22">The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates</a>. , Academic Press. Sydney. (1998).</li>
<li>Roy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+dual+tracer+PET-MRI+protocol+for+the+quantitative+measure+of+regional+brain+energy+substrates+uptake+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">A dual tracer PET-MRI protocol for the quantitative measure of regional brain energy substrates uptake in the rat.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (82), e50761(2013).</li>
<li>Klein, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+approach+to+investigate+neuronal+network+activity+patterns+affected+by+deep+brain+stimulation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Psychiatric+Research%22%5BJournal%5D)">A novel approach to investigate neuronal network activity patterns affected by deep brain stimulation in rats.</a> Journal of Psychiatric Research. 45 (7), 927-930 (2011).</li>
<li>Soto-Montenegro, M. L., Pascau, J., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+to+deep+brain+stimulation+in+the+lateral+hypothalamic+area+in+a+rat+model+of+obesity%3A+In+vivo+assessment+of+brain+glucose+metabolism%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Response to deep brain stimulation in the lateral hypothalamic area in a rat model of obesity: In vivo assessment of brain glucose metabolism.</a> Molecular Imaging and Biology. , 830-837 (2014).</li>
<li>Pascau, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+method+for+small-animal+PET+image+registration+with+intrinsic+validation%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Automated method for small-animal PET image registration with intrinsic validation.</a> Molecular Imaging and Biology. 11 (2), 107-113 (2009).</li>
<li>Andersson, J. L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+estimate+global+activity+independent+of+changes+in+local+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">How to estimate global activity independent of changes in local activity.</a> Neuroimage. 244 (60), 237-244 (1997).</li>
<li>Wellcome Trust Centre for Neuroimaging SPM12-Statitstical Parametric Mapping. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/">https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/</a> (2022).</li>
<li>Lozano, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation%3A+current+challenges+and+future+directions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neurology%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation: current challenges and future directions.</a> Nature Reviews Neurology. 15 (3), (2019).</li>
<li>Boecker, H., Drzezga, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+perspective+on+the+future+role+of+brain+pet+imaging+in+exercise+science%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A perspective on the future role of brain pet imaging in exercise science.</a> NeuroImage. 131, (2016).</li>
<li>Sprengers, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+reduces+evoked+potentials+with+a+dual+time+course+in+freely+moving+rats%3A+Potential+neurophysiological+basis+for+intermittent+as+an+alternative+to+continuous+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation reduces evoked potentials with a dual time course in freely moving rats: Potential neurophysiological basis for intermittent as an alternative to continuous stimulation.</a> Epilepsia. 61 (5), 903-913 (2020).</li>
<li>Middlebrooks, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+brain+activation+patterns+of+high-+versus+low-frequency+stimulation+of+the+anterior+nucleus+of+the+thalamus+during+deep+brain+stimulation+for+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Acute brain activation patterns of high- versus low-frequency stimulation of the anterior nucleus of the thalamus during deep brain stimulation for epilepsy.</a> Neurosurgery. 89 (5), 901-908 (2021).</li>
<li>Ashkan, K., Rogers, P., Bergman, H., Ughratdar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insights+into+the+mechanisms+of+deep+brain+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neurology%22%5BJournal%5D)">Insights into the mechanisms of deep brain stimulation.</a> Nature Reviews Neurology. 13 (9), 548-554 (2017).</li>
<li>Williams, N. R., Taylor, J. J., Lamb, K., Hanlon, C. A., Short, E. B., George, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+functional+imaging+in+the+development+and+refinement+of+invasive+neuromodulation+for+psychiatric+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22World+Journal+of+Radiology%22%5BJournal%5D)">Role of functional imaging in the development and refinement of invasive neuromodulation for psychiatric disorders.</a> World Journal of Radiology. 6 (10), 756-778 (2014).</li>
<li>Rodman, A. M., Dougherty, D. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRodman%2C+AM+%22Nuclear+medicine+in+neuromodulation.+Neuromodulation+in+Psychiatry%22">Nuclear medicine in neuromodulation. Neuromodulation in Psychiatry</a>. , John Wiley & Sons. West Sussex, UK. 81-99 (2016).</li>
<li>Albaugh, D. L., Shih, Y. -Y. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+circuit+modulation+during+deep+brain+stimulation+at+the+subthalamic+nucleus+for+Parkinson%27s+disease%3A+what+have+we+learned+from+neuroimaging+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Connectivity%22%5BJournal%5D)">Neural circuit modulation during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus for Parkinson's disease: what have we learned from neuroimaging studies.</a> Brain Connectivity. 4 (1), 1-14 (2014).</li>
<li>Mayberg, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reciprocal+limbic-cortical+function+and+negative+mood%3A+Converging+PET+findings+in+depression+and+normal+sadness%5BTitle%5D)+AND+%22Neurology%2C+and+Radiology%22%5BJournal%5D)">Reciprocal limbic-cortical function and negative mood: Converging PET findings in depression and normal sadness.</a> Neurology, and Radiology. 156 (5), 675-682 (1999).</li>
<li>Kennedy, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+brain+glucose+metabolism+between+responders+to+CBT+and+Venlafaxine+in+a+16-week+randomized+controlled+trial%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Differences in brain glucose metabolism between responders to CBT and Venlafaxine in a 16-week randomized controlled trial.</a> American Journal of Psychiatry. 164 (5), 778-788 (2007).</li>
<li>Kennedy, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+regional+brain+glucose+metabolism+measured+with+positron+emission+tomography+after+paroxetine+treatment+of+major+depression%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Changes in regional brain glucose metabolism measured with positron emission tomography after paroxetine treatment of major depression.</a> American Journal of Psychiatry. 158 (6), 899-905 (2001).</li>
<li>Brown, E. C., Clark, D. L., Forkert, N. D., Molnar, C. P., Kiss, Z. H. T., Ramasubbu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolic+activity+in+subcallosal+cingulate+predicts+response+to+deep+brain+stimulation+for+depression%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychopharmacology%22%5BJournal%5D)">Metabolic activity in subcallosal cingulate predicts response to deep brain stimulation for depression.</a> Neuropsychopharmacology. 45, 1681-1688 (2020).</li>
<li>Klooster, D. C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technical+aspects+of+neurostimulation%3A+Focus+on+equipment%2C+electric+field+modeling%2C+and+stimulation+protocols%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Technical aspects of neurostimulation: Focus on equipment, electric field modeling, and stimulation protocols.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 65, 113-141 (2016).</li>
<li>Kasoff, W., Gross, R. E. Deep brain stimulation: Introduction and Technical Aspects. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKasoff%2C+W+%22Neuromodulation+in+Psychiatry%22">Neuromodulation in Psychiatry</a>. , John Wiley & Sons. West Sussex, UK. 245-275 (2016).</li>
<li>Perez-Caballero, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+responses+to+deep+brain+stimulation+in+depression+are+modulated+by+anti-inflammatory+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Early responses to deep brain stimulation in depression are modulated by anti-inflammatory drugs.</a> Molecular Psychiatry. 19, 607-614 (2014).</li>
<li>Solera Ruiz, I., UñaOrejón, R., Valero, I., Laroche, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Craniotomy+in+the+conscious+patient.+Considerations+in+special+situations%5BTitle%5D)+AND+%22Spanish+Journal+of+Anesthesiology+and+Resuscitation%22%5BJournal%5D)">Craniotomy in the conscious patient. Considerations in special situations.</a> Spanish Journal of Anesthesiology and Resuscitation. 60 (7), 392-398 (2013).</li>
<li>Casali, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State+of+the+art+of+18F-FDG+PET%2FCT+application+in+inflammation+and+infection%3A+a+guide+for+image+acquisition+and+interpretation%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+and+Translational+Imaging%22%5BJournal%5D)">State of the art of 18F-FDG PET/CT application in inflammation and infection: a guide for image acquisition and interpretation.</a> Clinical and Translational Imaging. 9 (4), 299-339 (2021).</li>
<li>Gonzalez-Escamilla, G., Muthuraman, M., Ciolac, D., Coenen, V. A., Schnitzler, A., Groppa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuroimaging+and+electrophysiology+meet+invasive+neurostimulation+for+causal+interrogations+and+modulations+of+brain+states%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Neuroimaging and electrophysiology meet invasive neurostimulation for causal interrogations and modulations of brain states.</a> NeuroImage. 220, 117144(2020).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że w związku z niniejszym artykułem nie występują konflikty interesów.

Biorąc pod uwagę postępy w zrozumieniu funkcji mózgu i sieci neuronowych zaangażowanych w patofizjologię zaburzeń neuropsychiatrycznych, coraz więcej badań dostrzega potencjał DBS w szerokim zakresie patologii o podłożu neurologicznym2. Jednak mechanizm działania tej terapii pozostaje niejasny. W kilku teoriach podjęto próbę wyjaśnienia efektów uzyskanych w określonych warunkach patologicznych i stymulacyjnych, ale niejednorodność proponowanych badań sprawia, że bardzo trudno jest dojść do ostatec...

Termin neurostymulacja obejmuje szereg różnych technik mających na celu stymulację układu nerwowego w celu terapeutycznym1. Wśród nich głęboka stymulacja mózgu (DBS) wyróżnia się jako jedna z najbardziej rozpowszechnionych strategii neurostymulacji w praktyce klinicznej. DBS polega na stymulacji głębokich jąder mózgu impulsami elektrycznymi dostarczanymi przez neurostymulator, wszczepiany bezpośrednio do ciała pacjenta, za pośrednictwem elektrod umieszczonych w celu mózgowym w celu modulacji za pomocą operacji stereotaktycznej. Liczba artykułów oceniających wykonalność zastosowania DBS w różnych zaburzeniach neurologicznych i psychiatrycznych stale rośnie2, chociaż tylko niektóre z nich zostały zatwierdzone przez Stowarzyszenie Żywności i Leków (FDA) (np. drżenie samoistne, choroba Parkinsona, dystonia, zaburzenie obsesyjno-kompulsywne i padaczka oporna na leczenie)3. Co więcej, wiele celów mózgowych i protokołów stymulacji jest w trakcie badań nad leczeniem DBS znacznie większej liczby patologii niż oficjalnie zatwierdzone, ale żadna z nich nie jest uważana za ostateczną. Te niespójności w badaniach DBS i procedurach klinicznych mogą częściowo wynikać z braku pełnego zrozumienia jego mechanizmu działania4. W związku z tym podejmowane są ogromne wysiłki, aby rozszyfrować wpływ DBS in vivo na dynamikę mózgu, ponieważ każdy, nawet najmniejszy postęp, pomoże udoskonalić protokoły DBS w celu uzyskania większego sukcesu terapeutycznego.
W tym kontekście, techniki obrazowania molekularnego otwierają bezpośrednie okno do obserwacji in vivo neuromodulujących efektów DBS. Podejścia te dają możliwość nie tylko określenia wpływu DBS podczas jego stosowania, ale także rozwikłania natury jego konsekwencji, zapobiegania niepożądanym skutkom ubocznym i poprawy klinicznej, a nawet dostosowania parametrów stymulacji do potrzeb pacjenta5. Wśród tych metod szczególnie interesująca jest pozytonowa tomografia emisyjna (PET) z użyciem 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy (FDG), ponieważ dostarcza specyficznych i w czasie rzeczywistym informacji na temat stanu aktywacji różnych regionów mózgu6. W szczególności obrazowanie FDG-PET zapewnia pośrednią ocenę aktywacji neuronalnej w oparciu o fizjologiczną zasadę sprzężenia metabolicznego między neuronami a komórkami glejowymi6. W tym sensie kilka badań klinicznych wykazało wzorce aktywności mózgu modulowane przez DBS przy użyciu FDG-PET (patrz3 do przeglądu). Niemniej jednak badania kliniczne łatwo napotykają na kilka wad, gdy koncentrują się na pacjentach, takich jak heterogeniczność czy trudności z rekrutacją, które mocno ograniczają ich potencjał badawczy6. Kontekst ten skłania badaczy do wykorzystywania zwierzęcych modeli ludzkich schorzeń do oceny podejść biomedycznych przed ich klinicznym przełożeniem lub, jeśli są już stosowane w praktyce klinicznej, do wyjaśnienia fizjologicznego pochodzenia korzyści terapeutycznych lub skutków ubocznych. Tak więc, pomimo dużych odległości między patologią człowieka a modelowanym stanem u zwierząt laboratoryjnych, te podejścia przedkliniczne są niezbędne do bezpiecznego i skutecznego przejścia do praktyki klinicznej.
Ten manuskrypt opisuje eksperymentalny protokół DBS dla modeli mysich, połączony z podłużnym badaniem FDG-PET, w celu oceny ostrych konsekwencji DBS dla metabolizmu mózgu. Wyniki uzyskane za pomocą tego protokołu mogą pomóc w rozwikłaniu skomplikowanych wzorców modulacyjnych indukowanych przez DBS na aktywność mózgu. W związku z tym zapewniona jest odpowiednia strategia eksperymentalna do zbadania in vivo konsekwencji stymulacji, co pozwala klinicystom przewidywać efekty terapeutyczne w określonych okolicznościach, a następnie dostosować parametry stymulacji do potrzeb pacjenta.

<table><tbody><tr><td>Skaner 7-Tesla Biospec 70/20</td><td>Bruker, Niemcy</td><td>SN0021</td><td>Skaner MRI do obrazowania małych zwierząt</td></tr><tr><td>Betadine</td><td>Meda Pharma S.L., Hiszpania</td><td>644625.6</td><td>Roztwór jodu (jodopowidon)</td></tr><tr><td>Beurer IL 11</td><td>Beurer</td><td>SN87318</td><td>Światło podczerwone</td></tr><tr><td>bipolarny 50 cm z siatką 50 cm o pokryciu do 100 cm</td><td>Plastics One, Stany Zjednoczone</td><td>305-305 (CM)</td><td></td></tr><tr><td>bipolarny TT2&nbsp; 50 cm do 100 cm</td><td>Plastics One, USA</td><td>305-340/2</td><td>bipolarny TT2&nbsp; 50 cm do 100 cm</td></tr><tr><td>Buprex</td><td>Schering-Plough, S.A</td><td>961425</td><td>Buprenorfina (przeciwbólowa)</td></tr><tr><td>Ceftriaxona Reig Jofr&eacute; 1g IM</td><td>Laboratorio Reig Jofr&eacute; SA, Hiszpania</td><td>624239.1</td><td>Ceftriakson (antybiotyk)</td></tr><tr><td>Komutator</td><td>Plastics One, USA</td><td>SL2 + 2C</td><td>4-kanałowy komutator do</td></tr><tr><td>DBS Koncentryczne bipolarne elektrody platynowo-irydowe</td><td>Plastics One, USA</td><td>MS303/8-AIU/SPC</td><td>Elektrody do</td></tr><tr><td>wiertarki</td><td>DBS Bosh</td><td>T58704</td><td>Wiertarka</td></tr><tr><td>FDG</td><td>Curium Pharma Hiszpania S.A., Hiszpania</td><td>-----</td><td>2-[18F]fluoro-2-deoksy-D-glukoza (radioznacznik PET)</td></tr><tr><td>Poduszka grzewcza</td><td>DAGA, Hiszpania</td><td>23115</td><td>Poduszka grzewcza</td></tr><tr><td>Ketolar</td><td>Pfizer S.L., Hiszpania</td><td>776211.9</td><td>Ketamina (lek znieczulający)</td></tr><tr><td>Lipolasowy 2 mg/g</td><td>Bausch & Lomb S.A, Hiszpania</td><td>65277</td><td>Okulistyczny żel smarujący</td></tr><tr><td>MatLab R2021a</td><td>Oprogramowanie MathWorks, Inc</td><td></td><td>Support dla SPM12</td></tr><tr><td>MRIcro</td><td>McCausland Center for Brain Imaging,&nbsp; Uniwersytet Południowej Karoliny, USA</td><td>v2.1.58-0</td><td>Oprogramowanie do wstępnego przetwarzania i analizy obrazowania</td></tr><tr><td>Multimodalna stacja robocza (MMWKS)</td><td>BiiG, Hiszpania</td><td></td><td>Oprogramowanie do przetwarzania i analizy obrazowania</td></tr><tr><td>Omicrom VISION VET</td><td>RGB Urządzenia medyczne, Hiszpania</td><td>731100 ReV B</td><td>Monitor krążeniowo-oddechowy do małego obrazowania</td></tr><tr><td>Prevex Patyczki kosmetyczne</td><td>Prevex, Finlandia-----</td><td></td><td>Patyczki kosmetyczne</td></tr><tr><td>Sevorane</td><td>AbbVie Hiszpania, S.L.U, Hiszpania</td><td>673186.4</td><td>Sevoflurane (znieczulenie wziewne)</td></tr><tr><td>Małe</td><td>Max Witte GmbH</td><td>1,2 x 2 DIN 84 A2</td><td>Małe</td></tr><tr><td>Standardowy instrument stereotaktyczny w kształcie litery U dla szczurów, 18&deg; Ear Bar</td><td>Harvard Apparatus, USA</td><td>75-1801</td><td>Dwuramienna ramka stereotaktyczna dla szczurów</td></tr><tr><td>Statystyczne mapowanie parametryczne (SPM12)</td><td>The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, Wielka Brytania</td><td>SPM12</td><td>Oprogramowanie do analizy obrazowania wokselowego</td></tr><tr><td>STG1004</td><td>Multi Channel Systems GmbH, Niemcy</td><td>STG1004</td><td>Izolowany stymulator</td></tr><tr><td>Skaner</td> <td>PET/CT SuperArgusSedecal, Hiszpania</td><td>S0026403</td><td>Skaner NanoPET/CT do obrazowania małych zwierząt</td></tr><tr><td>Nici do szwów z igłą, 1/&ordm;</td><td>Lorca Mar&iacute; n S.A., Hiszpania</td><td>55325</td><td>Pleciony jedwab naturalny niewchłanialny szew 1/0, z igłą trójkątną</td></tr><tr><td>Technovit 4004 (proszek i płyn)</td><td>Kulzer Technique, Niemcy</td><td>64708471; 64708474</td><td>Akrylowy cement dentystyczny do kranu kraniotomijnego</td></tr><tr><td>Szczury Wistar (Rattus norvergicus)</td><td>Charles River, Hiszpania</td> Obiekt <td>dla zwierząt</td> Model <td>zwierzęcy używany</td></tr><tr><td>Xylagesic</td><td>Laboratorios Karizoo, AA, Hiszpania</td><td>572599-4</td><td>Ksylazyna (lek znieczulający)</td></tr><tr><td></td><td>Normon S.A., Hiszpania</td><td>602910</td><td>Mepiwakaina w żelu do stosowania miejscowego</td></tr></tbody></table>

in vivo (in vivo) pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

Głęboka stymulacja mózgu (DBS) to inwazyjna technika neurochirurgiczna polegająca na zastosowaniu impulsów elektrycznych do struktur mózgu zaangażowanych w patofizjologię pacjenta. Pomimo długiej historii DBS, jego mechanizm działania i odpowiednie protokoły pozostają niejasne, co podkreśla potrzebę badań mających na celu rozwiązanie tych zagadek. W tym sensie ocena efektów DBS in vivo przy użyciu technik obrazowania funkcjonalnego stanowi potężną strategię określania wpływu stymulacji na dynamikę mózgu. W tym miejscu opisano protokół eksperymentalny dla modeli przedklinicznych (szczury Wistar), połączony z badaniem podłużnym [18F]-fluorodeoksyklokozowa pozytonowa tomografia emisyjna (FDG-PET), w celu oceny ostrych konsekwencji DBS dla metabolizmu mózgu. Najpierw zwierzęta przeszły operację stereotaktyczną w celu obustronnego wszczepienia elektrod do kory przedczołowej. Pobrano pooperacyjną tomografię komputerową (CT) każdego zwierzęcia w celu sprawdzenia umieszczenia elektrod. Po tygodniu rekonwalescencji pobrano pierwszy statyczny FDG-PET u każdego operowanego zwierzęcia bez stymulacji (D1), a dwa dni później (D2) pobrano drugi FDG-PET podczas stymulacji zwierząt. W tym celu elektrody podłączono do izolowanego stymulatora po podaniu FDG zwierzętom. W ten sposób zwierzęta stymulowano w okresie wychwytu FDG (45 min), rejestrując ostry wpływ DBS na metabolizm mózgu. Biorąc pod uwagę eksploracyjny charakter tego badania, obrazy FDG-PET analizowano za pomocą podejścia wokselowego opartego na sparowanym teście T między badaniami D1 i D2. Ogólnie rzecz biorąc, połączenie DBS i badań obrazowych pozwala opisać konsekwencje neuromodulacji w sieciach neuronowych, ostatecznie pomagając rozwikłać zagadki otaczające DBS.

Zwierzęta uśpiono za pomocą CO2 po zakończeniu badania lub w przypadku pogorszenia stanu ich dobrostanu. Przykład kompletnego badania PET/CT u zwierzęcia po operacji przedstawiono na Rysunku 3. W ten sposób elektrodę wprowadzoną do mózgu szczura można wyraźnie zaobserwować na obrazie CT przedstawionym na Rysunku 3A. Ta metoda obrazowania dostarcza dobrych informacji anatomicznych i ułatwia rejestrację obrazów FDG-PET, ponieważ obrazowanie funkcjonalne...

Opisujemy przedkliniczną eksperymentalną metodę oceny neuromodulacji metabolicznej wywołanej przez ostrą głęboką stymulację mózgu za pomocą in vivo FDG-PET. Manuskrypt ten obejmuje wszystkie etapy eksperymentalne, od chirurgii stereotaktycznej po zastosowanie leczenia stymulacją oraz pozyskiwanie, przetwarzanie i analizę obrazów PET.

In vivo (in vivo) Pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the ...

Protokół ten pozwala na badanie wpływu stymulacji na sieci neuronowe, pomagając rozwikłać zagadkę otaczającą DBS. I określić wpływ stymulacji na dynamikę mózgu. Główną zaletą stosowania naprawy FD podczas stymulacji jest to, że możemy zwizualizować konsekwencje ostrej stymulacji in vivo dla dynamiki mózgu, a następnie udoskonalić in vivo protokoły stymulacji.Metoda ta ma szczególne znaczenie w dziedzinie neurologii i psychiatrii. Tak jak to jest w tych specjalizacjach medycznych, w których DBS ma swój główny wpływ jako strategia antroponotyczna. Aby rozpocząć, połóż znieczulone zwierzę na wznak na łóżku tomografii komputerowej.W przypadku obrazowania CT przymocuj maskę na twarz lub stożek nosowy do szczura. Umieść głowę w środku pola view tomografu komputerowego. Przystąp do uzyskania obrazu CT przy użyciu parametrów akwizycji zgodnie ze specyfikacją skanera.W przypadku obrazowania MR połóż zwierzę na wznak na łóżku MRI. Aby uniknąć ruchów podczas akwizycji MRI, przymocuj głowę do ramy stereotaktycznej umieszczonej na łóżku skanera. Zabezpiecz również resztę ciała szczura jedwabną taśmą.Gdy pozycja jest prawidłowa, uzyskaj obraz MRI. Użyj oprogramowania do przetwarzania obrazu, aby przestrzennie znormalizować CT i MRI za pomocą automatycznego algorytmu sztywnej rejestracji opartego na wzajemnych informacjach. Zlokalizuj linię bregma na współzarejestrowanym obrazie.I zmierz odległość w dostępie AP, ML i DV od bregmy do przyśrodkowej kory przedczołowej zgodnie z atlasem mózgu szczurów Paxinos i Watsona. Ogol obszar między uszami a oczami. Umieść zwierzę w pozycji leżącej na ramie stereotaktycznej.Zapewnij unieruchomienie głowy za pomocą prętów do uszu szczura. Uważaj, aby nie wkładać pasków dousznych zbyt głęboko, ponieważ może to spowodować uszkodzenie błony bębenkowej. Użyj adaptera do trzymania głowy dla szczurów, aby utrzymać zwierzę we właściwej pozycji podczas operacji.Nałóż żel nawilżający Athymic na oczy szczura, aby zapobiec wysuszeniu podczas operacji i przykryj je sterylną gazą. Wykonaj podłużne nacięcie w skórze pokrywającej czaszkę między uszami. Rozciągający się od 1,5 do dwóch centymetrów od lambdy do bregmy.Odsłoń czaszkę za pomocą dwóch lub trzech zacisków. Usuń okostną nożyczkami i oczyść krew roztworem soli fizjologicznej, aby odsłonić bregma i szwy strzałkowe. Usuń nadmiar roztworu soli fizjologicznej gazą.Przed ustawieniem elektrod należy je wyprostować plastikową pęsetą, aby zapewnić prawidłowe ułożenie podczas zabiegu. Umieść jedną elektrodę na uchwycie prawego ramienia ramy stereotaktycznej. Przesuń prawą rękę trzymającą elektrodę przez ramkę stereotaktyczną.I umieść końcówkę elektrody dokładnie nad bregmą. Staraj się zbliżyć końcówkę elektrody jak najbliżej czaszki, nie dotykając jej, aby uniknąć deformacji elektrody. Zwróć uwagę na wynikowe współrzędne bregmy dostarczone przez ramkę stereotaktyczną.Za pomocą długopisu chirurgicznego wykonaj znak na czaszce wskazujący początkowe położenie elektrody. Przesuń uchwyt na uzyskane wcześniej współrzędne AP i ML. I zrób znak na czaszce za pomocą długopisu chirurgicznego wskazujący położenie celu elektrody.Zdejmij prawe ramię ramy stereotaktycznej przytrzymującej elektrodę. Uważaj, aby niczego nie dotknąć elektrodą. Za pomocą małej wiertarki elektrycznej wykonaj otwór w czaszce w pozycji docelowej, aż opona twarda będzie widoczna.Użyj wacika, aby zatrzymać krwawienie. Wywierć cztery otwory wzdłuż czaszki, aby umieścić cztery. Aby zwiększyć powierzchnię cementu dentystycznego i zlokalizować ziemię.Następnie przykręć. Zlokalizuj prawe ramię ramy stereotaktycznej z prawą elektrodą. Przesuń ramię do obliczonej pozycji, która powinna pokrywać się z otworem.Następnie opuść elektrodę, aż dotknie opony twardej. Ta pozycja będzie służyć jako poziom zerowy w kierunku DV. Korzystając z uzyskanych wcześniej współrzędnych DV, włóż końcówkę elektrody w kierunku DV.Przymocuj uziemienie do jednej ze znajdujących się najbliżej elektrody i nałóż cement dentystyczny wokół elektrody i. Powtórz tę samą procedurę umieszczania elektrod dla drugiej półkuli mózgu. Nałóż więcej cementu dentystycznego, aby utworzyć nasadkę bez zakrywania elektrody i poczekaj, aż stwardnieje.Użyj roztworu jodopowidonu do dezynfekcji pola operacyjnego. Usuń szczura z ramy stereotaktycznej i kontynuuj obrazowanie CT, jak pokazano wcześniej, aby ocenić prawidłowe rozmieszczenie elektrod. Pościć szczura przez osiem do 12 godzin przed każdym skanowaniem PET.Napełnić strzykawkę o rozmiarze 27 około 37 megabekereli roztworu FDG w najmniejszej możliwej objętości mierzonej w aktywometrze. Umieść poduszkę grzewczą pod ogonem zwierzęcia lub użyj światła podczerwonego, aby rozszerzyć żyły ogonowe. Wstrzyknąć roztwór FDG przez jedną z bocznych żył ogonowych.Umieść zwierzę z powrotem w klatce i odczekaj 45 minut na wychwyt radioznacznika przed rozpoczęciem sesji akwizycji obrazu. W badaniu D2 podawano DBS w okresie absorpcji FDG. Przygotuj izolowany stymulator i wymagane przewody w obszernym i cichym pomieszczeniu z wystarczającą ilością miejsca na klatki dla zwierząt i minimalnym wpływem potencjalnie niepokojących bodźców.Podłącz przewody stymulacyjne do krętlików, aby umożliwić zwierzętom swobodne poruszanie się w klatkach i do stymulatora. Ustaw parametry stymulacji zgodnie z opisem w manuskrypcie tekstu. Użyj oscyloskopu, aby sprawdzić aktualny tryb, częstotliwość i szerokość impulsu.Potwierdź dwufazowy kształt fali za pomocą prostokątnego kształtu impulsu. Obraz z tomografii komputerowej wyraźnie uwidocznił elektrodę wprowadzoną do mózgu szczura. Metoda obrazowania zastosowana w tym badaniu dostarczyła również dobrych informacji anatomicznych i ułatwiła rejestrację obrazów FDG-PET.Połączony obraz PET-CT tego samego zwierzęcia zarejestrowanego przestrzennie w tej samej przestrzeni stereotaktycznej. Różnice metaboliczne w mózgu zaobserwowano między sesjami PET, ponieważ mapy T nałożyły się na sekwencyjne jednomilimetrowe wycinki mózgu z rezonansu magnetycznego zarejestrowanego na referencyjny obraz CT. Różnice te polegały na wzroście i spadku wychwytu FDG pokazanym odpowiednio jako ciepłe i zimne kolory.Szczegółowe podsumowanie wyników statystycznych uzyskanych w wyniku analizy wskazało na modulowany obszar mózgu i półkulę mózgu, w której zaobserwowano modulację. Statystyka T, wielkość klastra, kierunek modulacji i wartości P uzyskane na poziomie piku i klastra. Kluczowe jest zachowanie odpowiedniego poziomu estetycznego i głowy podczas zabiegu.Ponadto niezbędne jest obliczenie współrzędnych i prostoliniowość elektrod. Nowi operatorzy powinni być skrupulatni i postępować zgodnie ze wszystkimi krokami. Po zakończeniu całej procedury zwierzęta mogą zostać poddane testom behawioralnym w celu oceny wpływu stymulacji na różne domeny poznawcze.Ponadto można przeprowadzić szereg badań obrazowych w celu oceny konsekwencji DBS na poziomie komórkowym.

in-vivo-positron-emission-tomography-to-reveal-activity-patterns

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Chirurgia głębokiej stymulacji mózgu stwarza wyjątkową okazję do zbadania kodowania informacji w przebudzonym ludzkim mózgu. W niniejszym artykule opisano metody śródoperacyjne stosowane do wykonywania zadań poznawczych i behawioralnych przy jednoczesnej akwizycji danych fizjologicznych, takich jak EMG, aktywność pojedynczych neuronów i/lub potencjały polowe.

Zadania behawioralne w trakcie operacji u pacjentów z zachowaną świadomością poddawanych głębokiej stymulacji mózgu

Źródło: Casquero-Veiga, M. et al. Pozytonowa tomografia emisyjna in vivo w celu ujawnienia wzorców aktywności indukowanej głęboką stymulacją mózgu u szczurów. J. Vis. Exp. (2022).Ten film pokazuje metaboliczne efekty głębokiej stymulacji mózgu (DBS) przy użyciu obrazowania FDG-PET w modelu szczurzym. Przedstawiono w nim etapy związane z podawaniem FDG, aplikacją DBS i obrazowaniem PET/CT w celu zmapowania regionów mózgu o zwiększonej lub stłumionej aktywności metabolicznej.

Ocena neuromodulacji metabolicznej indukowanej ostrą głęboką stymulacją mózgu u szczurów przy użyciu in vivo FDG-PET

Źródło: Batra, V., et al. Ogólna metoda oceny wpływu głębokiej stymulacji mózgu na samodzielne podawanie metamfetaminy dożylnie. J. Vis. Exp. (2016).Ten film pokazuje szczurzy model uzależnienia od narkotyków, w którym zwierzę samo podaje dożylnie metamfetaminę, naciskając dźwignię, co prowadzi do kompulsywnych zachowań związanych z poszukiwaniem narkotyków napędzanych uwalnianiem dopaminy w jądrze półleżącym. Aby temu przeciwdziałać, szczur jest poddawany głębokiej stymulacji mózgu (DBS) za...

Głęboka stymulacja mózgu jako metoda leczenia uzależnienia od narkotyków w modelu szczurzym

Źródło: Selvakumar, T., et al., Analiza zmian ekspresji genów w hipokampie szczura po głębokiej stymulacji mózgu przedniego jądra wzgórza. J. Vis. Exp. (2015)Ten film pokazuje procedurę wszczepiania elektrod do mózgu szczura w celu zastosowania głębokiej stymulacji mózgu (DBS), która moduluje aktywność neuronalną i poprawia komunikację z hipokampem, wspierając przeżycie neuronów i neurogenezę.

Wpływ głębokiej stymulacji mózgu na aktywność neuronalną hipokampa w modelu szczurzym

Ten film demonstruje szczegółową procedurę przygotowania znieczulonego szczura do elektrofizjologicznych zapisów aktywności mózgu z wielu miejsc. Skóra głowy jest preparowana w celu uzyskania dostępu do czaszki, a otwory są wiercone w precyzyjnych miejscach, aby zainstalować i zabezpieczyć elektrody. Elektrody wolframowe są następnie umieszczane w docelowym miejscu w celu zarejestrowania danych.

Elektrofizjologiczne zapisy in vivo aktywności mózgu z wielu miejsc u szczurów

Ten protokół opisuje standardową metodę jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego i głębokiej stymulacji mózgu u gryzonia. Połączone wykorzystanie tych narzędzi eksperymentalnych pozwala na badanie globalnej aktywności w odpowiedzi na stymulację elektryczną w praktycznie każdym miejscu w mózgu.

Głęboka stymulacja mózgu z jednoczesnym fMRI u gryzoni

Mechanizm leżący u podstaw terapeutycznych efektów operacji Głębokiej Stymulacji Mózgu (DBS) wymaga zbadania. Metody przedstawione w tym manuskrypcie opisują eksperymentalne podejście do badania zdarzeń komórkowych wywoływanych przez DBS poprzez analizę profilu ekspresji genów kandydujących, które mogą ułatwić neurogenezę po operacji DBS.

Analiza zmian ekspresji genów w hipokampie szczura po głębokiej stymulacji mózgu przedniego jądra wzgórza

Opisano metodę wszczepiania elektrod do jądra podwzgórzowego (STN) szczurów. Lepsza lokalizacja STN została osiągnięta dzięki zastosowaniu systemu mikrozapisu. Ponadto przedstawiono konfigurację stymulacji, która charakteryzuje się długotrwałymi połączeniami między głową zwierzęcia a stymulatorem.

Implantacja elektrod pod kontrolą mikroelektrod do jądra podwzgórzowego szczurów w celu długotrwałej głębokiej stymulacji mózgu

Zastosowaliśmy powtarzalną przezczaszkową stymulację magnetyczną (rTMS) do jednostronnej półkuli mózgu szczura, umieszczając 25-milimetrową cewkę cyfry 8 1 cm bocznie do wierzchołka na linii dwuusznej i kątując cewkę o 45°. Własny system chłodzenia wodą był używany w rTMS przez ponad 20 minut.

Powtarzająca się przezczaszkowa stymulacja magnetyczna jednostronnej półkuli mózgu szczura

W tym badaniu przedstawiono metodologię wykonywania wielomiejscowych zapisów elektrofizjologicznych in vivo ze szlaku hiperbezpośredniego w znieczuleniu uretanowym.

Ostre zapisy elektrofizjologiczne in vivo lokalnych potencjałów pola i aktywności wielocząsteczkowej ze szlaku hiperbezpośredniego u znieczulonych szczurów

Poznaj metodę in vivo FDG-PET do oceny metabolicznych zmian wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów. Technika ta pozwala wizualizować aktywność metaboliczną w czasie rzeczywistym i udoskonalać protokoły stymulacji.

In vivo (in vivo) Pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów (Wideo) | JoVE Journal

In vivo (in vivo) Pozytonowa tomografia emisyjna w celu ujawnienia wzorców aktywności wywołanych głęboką stymulacją mózgu u szczurów

Przeglądaj więcej filmów