Descrevemos um método experimental pré-clínico para avaliar a neuromodulação metabólica induzida por estimulação cerebral profunda aguda com FDG-PET in vivo. Este manuscrito inclui todas as etapas experimentais, desde a cirurgia estereotáxica até a aplicação do tratamento de estimulação e a aquisição, processamento e análise de imagens PET.
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Artigo de método
In vivo Tomografia por emissão de pósitrons para revelar padrões de atividade induzidos pela estimulação cerebral profunda em ratos
Neste artigo
Resumo
Resumo
A estimulação cerebral profunda (DBS) é uma técnica neurocirúrgica invasiva baseada na aplicação de pulsos elétricos a estruturas cerebrais envolvidas na fisiopatologia do paciente. Apesar da longa história da DBS, seu mecanismo de ação e protocolos apropriados permanecem obscuros, destacando a necessidade de pesquisas que visem resolver esses enigmas. Nesse sentido, avaliar os efeitos in vivo da DBS usando técnicas de imagem funcional representa uma estratégia poderosa para determinar o impacto da estimulação na dinâmica cerebral. Aqui, um protocolo experimental para modelos pré-clínicos (ratos Wistar), combinado com um estudo longitudinal [18F]-fluorodesoxiclucose tomografia por emissão de pósitrons (FDG-PET), para avaliar as consequências agudas da DBS no metabolismo cerebral é descrito. Primeiro, os animais foram submetidos à cirurgia estereotáxica para implantação bilateral de eletrodos no córtex pré-frontal. Uma tomografia computadorizada (TC) pós-cirúrgica de cada animal foi adquirida para verificar a colocação do eletrodo. Após uma semana de recuperação, um primeiro FDG-PET estático de cada animal operado sem estimulação (D1) foi adquirido e, dois dias depois (D2), um segundo FDG-PET foi adquirido enquanto os animais eram estimulados. Para isso, os eletrodos foram conectados a um estimulador isolado após a administração de FDG aos animais. Assim, os animais foram estimulados durante o período de captação do FDG (45 min), registrando os efeitos agudos da DBS no metabolismo cerebral. Dada a natureza exploratória deste estudo, as imagens FDG-PET foram analisadas por uma abordagem voxel-wise baseada em um teste T pareado entre os estudos D1 e D2. No geral, a combinação de DBS e estudos de imagem permite descrever as consequências da neuromodulação em redes neurais, ajudando a desvendar os enigmas em torno da DBS.
Introdução
O termo neuroestimulação engloba uma série de diferentes técnicas destinadas a estimular o sistema nervoso com um objetivo terapêutico1. Dentre elas, a estimulação cerebral profunda (ECP) destaca-se como uma das estratégias de neuroestimulação mais difundidas na prática clínica. A DBS consiste na estimulação de núcleos cerebrais profundos com pulsos elétricos entregues por um neuroestimulador, implantados diretamente no corpo do paciente, através de eletrodos colocados no alvo cerebral para serem modulados por cirurgia estereotáxica. O número de artigos que avaliam a viabilidade da aplicação da DBS em diferentes distúrbios neurológicos e psiqui....
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Protocolo
Os procedimentos experimentais em animais foram conduzidos de acordo com a Diretiva 2010/63/UE do Conselho das Comunidades Europeias e aprovados pelo Comitê de Ética em Experimentação Animal do Hospital Gregorio Marañón. Um resumo gráfico do protocolo experimental é mostrado na Figura 1A.
1. Localização do alvo cerebral por neuroimagem in vivo
- Preparação animal
NOTA: Foram utilizados ratos Wistar machos de ~300 g.- Coloque o animal em uma caixa de indução de anestesia e sele a parte superior.
- Ligue o vaporizador de sevoflurano (5% para indução em 100% O2....
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Resultados
Os animais foram sacrificados com CO2 ao final do estudo ou quando o bem-estar do animal estava comprometido. Um exemplo de um estudo completo de PET/CT de um animal operado é mostrado na Figura 3. Assim, o eletrodo inserido no cérebro do rato pode ser claramente observado na imagem da TC mostrada na Figura 3A. Essa modalidade de imagem fornece boas informações anatômicas e facilita o registro de imagens FDG-PET, uma vez que as modalidades funcionais .......
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Discussão
Dados os avanços na compreensão da função cerebral e das redes neurais envolvidas na fisiopatologia dos transtornos neuropsiquiátricos, cada vez mais pesquisas estão reconhecendo o potencial da DBS em uma ampla gama de patologias de base neurológica2. No entanto, o mecanismo de ação desta terapia permanece incerto. Diversas teorias têm tentado explicar os efeitos obtidos em circunstâncias patológicas e de estimulação específicas, mas a heterogeneidade dos estudos propostos dificulta muito o alcanc.......
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Divulgações
Os autores declaram que não há conflitos de interesse em conexão com este artigo.
Agradecimentos
Agradecemos à Profª Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco e Yolanda Sierra pelo inestimável apoio na otimização da metodologia aqui descrita. O MLS foi apoiado pelo Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (número de projecto PI17/01766 e número de subvenção BA21/0030) co-financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER), "Uma forma de fazer a Europa"; CIBERSAM (projecto n.º CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (número de projeto 2017/085); Fundação Mapfre; e Fundación Alicia Koplowitz.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Scanner 7-Tesla Biospec 70/20 | Bruker, Alemanha | SN0021 | Scanner de ressonância magnética para imagens de pequenos animais |
| Betadine | Meda Pharma S.L., Espanha | 644625.6 | Solução de iodo (iodopovidona) |
| Beurer IL 11 | Beurer | SN87318 | Luz infravermelha |
| Cabo bipolar 50 cm com malha de 50 cm cobrindo até 100 cm | Plastics One, EUA | 305-305 (CM) | |
| Cabo bipolar TT2 50 cm até 100 cm | Plastics One, USA | 305-340/2 | Cabo bipolar TT2 50 cm até 100 cm |
| Buprex | Schering-Plough, S.A | 961425 | Buprenorfina (analgésico) |
| Ceftriaxona Reig Jofré 1g IM | Laboratorio Reig Jofré S.A., Espanha | 624239.1 | Comutador de ceftriaxona (antibiótico) |
| Plastics One, EUA | Comutador de 4 canais | SL2+2C | |
| eletrodos bipolares de platina-irídio | Plastics One, EUA Eletrodos | MS303/8-AIU/Spc | para DBS |
| Driller | Bosh | T58704 | Driller |
| FDG | Curium Pharma Spain S.A., Espanha | ----- | 2-[18F]fluoro-2-desoxi-D-glicose (radiotraçador PET) |
| Almofada de aquecimento | DAGA, Espanha | 23115 | Almofada de aquecimento |
| Ketolar | Pfizer S.L., Espanha | 776211.9 | Cetamina (droga anestésica) |
| Lipolásico 2 mg/g | Bausch & Lomb S.A, Espanha | 65277 | Gel lubrificante oftálmico |
| MatLab R2021a | The MathWorks, Inc | Software de suporte para SPM12 | |
| MRIcro | McCausland Center for Brain Imaging, Universidade da Carolina do Sul, EUA | v2.1.58-0 | Software para pré-processamento e análise de imagens |
| Estação de trabalho multimodal (MMWKS) | BiiG, Espanha | Software para processamento e análise de imagens | |
| Omicrom VISION VET | RGB Medical Devices, Espanha | 731100 ReV B | Monitor cardiorrespiratório para pequenas imagens |
| Prevex Cotonetes | Prevex, Finlândia | ----- | Cotonetes |
| Sevorane | AbbVie Spain, S.L.U, Spain | 673186.4 | Sevoflurano (anestesia inalatória) |
| Pequenos parafusos | Max Witte GmbH | 1,2 x 2 DIN 84 A2 | Pequenos parafusos |
| Instrumento Estereotáxico Padrão em U para Rato, 18° Ear Bar | Harvard Apparatus, EUA | 75-1801 | Quadro estereotáxico de dois braços para |
| mapeamento paramétrico estatístico de rato (SPM12) | The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, Reino Unido | SPM12 | Software para análise de imagem em voxel |
| STG1004 | Multi Channel Systems GmbH, Alemanha | STG1004 | Estimulador isolado |
| SuperArgus PET/CT scanner | Sedecal, Espanha | S0026403 | Scanner NanoPET/CT para imagens de pequenos animais |
| Fio de sutura com agulha, 1/º | Lorca Marí n S.A., Espanha | 55325 | Sutura não absorvível de seda natural trançada 1/0, com agulha triangular |
| Technovit 4004 (pó e líquido) | Kulzer Technique, Alemanha | 64708471; 64708474 | Cimento dentário acrílico para torneira de craniotomia |
| Ratos Wistar (Rattus norvergicus) | Charles River, Espanha | Biotério | Modelo animal usado |
| Xylagesic | Laboratorios Karizoo, A.A, Espanha | 572599-4 | Xilazina (anestésico) |
| Normon S.A., Espanha | 602910 | Mepivacaína em gel para uso tópico |
Referências
- Gildenberg, P. L. Neuromodulation: A historical perspective. Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).
- Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.
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Reimpressões e permissões
