Um método geral para avaliar os efeitos Estimulação Profunda do Cérebro em metanfetamina intravenosa auto-administração

O objetivo geral deste procedimento é avaliar os efeitos da estimulação cerebral profunda que é temporal e espacialmente distinta do ambiente de uso de drogas da metanfetamina intravenosa em roedores. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na psiquiatria da dependência, tais como: a estimulação elétrica de regiões cerebrais discretas pode reduzir o abuso de drogas, e em quais circunstâncias essa terapia é mais eficaz? A principal vantagem dessa técnica é que a terapia elétrica é aplicada em um momento diferente e em um ambiente distinto daquele associado ao uso da droga.

Isso se aproxima mais do que será possível em pacientes humanos. O procedimento será demonstrado pela Dra. Vinita Batra, uma de nossas bolsistas pós-doutorais em nosso laboratório, e pelo Sr. Glenn Guerin, nosso técnico-chefe de laboratório. Os preparativos para este experimento estão descritos no protocolo textual.

Para começar, coloque os ratos nas câmaras operantes o mais rápido e calmamente possível para minimizar artefatos comportamentais. Lave o cateter do rato com 0,1 mililitros de solução salina 0,9% para garantir a patência da linha antes do início do experimento. Em seguida, conecte uma guia de aço inoxidável em forma de mola à cânula-guia nas costas do roedor.

Conecte a outra extremidade da cânula a um comutador de fluido à prova de vazamentos acima da câmara operante. Para que os ratos aprendam rapidamente a tarefa de automedicação, realize as sessões por seis horas por dia durante quatro a cinco dias consecutivos, sempre aproximadamente no mesmo horário do dia. Para cada pressão na alavanca ativa, forneça uma infusão de metanfetamina, seguida por um período de tempo ocioso de 30 segundos, durante o qual a alavanca não fornece nada.

No final da primeira semana, os roedores estarão hábeis em se autoadministrar metanfetamina. Durante a segunda semana de treinamento, realize sessões diárias de duas horas com as ratas, de segunda a sexta-feira, para manter e aperfeiçoar a autoadministração intravenosa de metanfetamina. Continue realizando as sessões com uma razão fixa de um, com intervalos de trinta segundos.

Uma resposta intensa e estável é alcançada quando o número total de infusões de metanfetamina em cada três sessões consecutivas varia em menos de dez por cento. Outro indicador de resposta intensa estável ocorre quando o número acumulado de infusões nos primeiros trinta minutos é maior do que o número acumulado de infusões durante os segundos trinta minutos. Quando os ratos desenvolvem esse padrão de carregamento da droga, isso indica comportamento aditivo, e não simples uso ocasional.

No final de cada sessão, prepare uma seringa para lavar o cateter e desconecte a guia das costas do roedor. Lave o cateter do rato com 0,1 mililitros de solução salina a 0,9% contendo 800 UI de estreptocinase para prevenir coágulos sanguíneos. Após a lavagem, insira uma bainha em cada cânula-guia para evitar entupimento.

Em seguida, devolva a rata à sua gaiola de alojamento. Consulte o protocolo descrito no texto sobre como testar a patência dos cateteres e como resolver problemas comuns com este experimento. Prepare dez a doze caixas de Plexiglas para este experimento.

Em cada caixa, cubra a parte externa de três paredes com papel opaco rígido para impedir que os ratos vejam uns aos outros. No entanto, mantenha a parede frontal descoberta para observar os animais durante as sessões de estimulação. Em seguida, cubra parcialmente a parte superior das caixas com uma placa rígida para impedir que os ratos escapem, mas permitindo ainda a circulação de ar.

No painel superior, apoie os comutadores para a conexão elétrica entre a coroa craniana do roedor e o sistema de estimulação. Utilize um sistema de estimulação capaz de fornecer corrente constante a múltiplos animais simultaneamente para os experimentos de DBS. O sistema deve incluir uma interface programável.

Com cabos de comprimento personalizado, conecte as portas dos canais dos estimuladores ao pedestal eletrônico superior de cada comutador. Em seguida, conecte o pedestal eletrônico inferior do comutador ao pedestal do eletrodo implantado na cápsula craniana do roedor usando cabos de 16 polegadas revestidos por uma mola de aço inoxidável. O cabo deve permitir movimento livre para a ratazana em toda a área do compartimento, sem causar tensão significativa na cápsula craniana.

Um cabo que alcance onde a cabeça da rata pode ir quando estiver sobre as quatro patas geralmente é suficientemente longo. Para programar o sistema, utilize uma linguagem de programação visual para especificar quais funções cada dispositivo executará para atingir os objetivos experimentais e quais dados serão armazenados e/ou projetados para visualização em tempo real. Especifique a frequência desejada, largura de pulso e amplitude no painel de controle visual antes do início do experimento.

Os parâmetros típicos para estimulação de alta frequência em ratos são semelhantes aos utilizados na estimulação cerebral profunda clínica em humanos. Uma frequência de 130 a 180 hertz, uma largura de pulso de 60 a 90 milissegundos e uma amplitude de corrente de 100 a 250 microampères. Para o experimento de estimulação cerebral, ao colocar os ratos nas caixas, conecte o cabo de mola de aço inoxidável do comutador a cada pedestal de eletrodo na tampa craniana.

Primeiro, teste a impedância de cada eletrodo utilizando cinco microampères de corrente a 1000 hertz durante dois segundos. Se a impedância de um eletrodo for igual ou inferior a 125 kiloohms, prossiga com o experimento. Caso contrário, considere remover o animal do experimento, pois a resistência do eletrodo pode reduzir a corrente a níveis potencialmente subterapêuticos.

Inicie com uma ou duas sessões simuladas para habituar as ratas. Não aplique qualquer terapia ativa durante essas sessões. Imediatamente após cada sessão simulada, transporte as ratas para as caixas operantes para sua sessão diária de duas horas de automadministração intravenosa de metanfetamina.

Para o experimento, distribua aleatoriamente os ratos em dois grupos, um grupo com estimulação ativa e outro com estimulação simulada que recebe sessões fictícias. Realize as sessões diárias de estimulação cerebral profunda durante cinco dias, por três horas por dia. Observe cuidadosamente os animais durante parte de cada sessão de estimulação para verificar se a estimulação está causando alguma alteração evidente no comportamento.

Imediatamente após cada sessão de estimulação cerebral profunda, inicie a sessão diária de automedicação intravenosa de metanfetamina nos ratos. Após a colocação de cateteres intravenosos na jugular e eletrodos de estimulação cerebral profunda intracranianos, os ratos adquiriram e aumentaram a automedicação da droga após dois dias de acesso prolongado à metanfetamina. Em seguida, os ratos foram transferidos para um treinamento operante diário de duas horas para prevenir a toxicidade da metanfetamina e estabelecer uma taxa estável de resposta que poderia ser manipulada por diversas intervenções terapêuticas.

No sexto dia do treinamento operante, as ratas desenvolveram uma motivação aumentada para consumir a droga, indicada pelo surgimento de um padrão de consumo com carga inicial. Esse padrão foi amplamente mantido nas sessões subsequentes. Após o estabelecimento desse padrão estável de uso abusivo da droga, a estimulação cerebral profunda foi administrada conforme o protocolo descrito.

Isso resultou em uma diminuição acentuada da automedicação operante de metanfetamina por via intravenosa. Uma vez dominada, esta técnica pode ser concluída em um período de duas a quatro semanas, utilizando cerca de dez a doze animais por grupo. Isso é ideal para testar os efeitos da estimulação cerebral profunda, dada a vida útil limitada das cápsulas cranianas e dos cateteres intravenosos em roedores que usam metanfetamina.

Este procedimento pode ser utilizado para investigar parâmetros elétricos alternativos, diferentes alvos cerebrais e padrões de aplicação inovadores, bem como combinações de terapia elétrica e agentes farmacêuticos que possam resultar em modificações comportamentais duradouras.