Manipulação de epileptiforme Electrocorticograms (ECoGs) e do sono em ratos e camundongos por Acupuntura
22 de dezembro de 2016
Este artigo demonstra o desempenho da acupuntura, modelos de epilepsia e a análise do sono em roedores. O procedimento de acupuntura e a identificação dos pontos de acupuntura são descritos. Pilocarpina ou pentilenotetrazol (PTZ) é usado para induzir epilepsia. Eletrocorticograma (ECoG), eletromiograma (EMG), temperatura cerebral e registros de atividade locomotora são empregados para análise do sono.
O objetivo geral deste procedimento é avaliar a epilepsia, o sono e os efeitos da acupuntura em um modelo animal. Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo da neurociência sobre como estabelecer a epilepsia, analisar o sono e realizar acupuntura em um modelo animal de pequeno porte. As principais vantagens desta técnica são que os eletrodos da cortical lateral e do miograma lateral naquele semestre podem ser implantados de forma rápida e fácil por cirurgia estereotáxica.
Demonstrando este procedimento estará Yi-Jou Wu, um estudante de pós-graduação de meus laboratórios. Depois de confirmar a profundidade adequada da sedação por falta de resposta a uma pitada no dedo do pé, aplique pomada para os olhos em um rato Spregg Dolly de 250 a 350 gramas de seis a oito semanas de idade do primeiro grupo. Use uma tesoura para remover o cabelo do topo do crânio.
Desinfete a pele com aplicações sequenciais de solução de iodopovidona e etanol a 75%, seguidas de injeção de antibiótico para prevenir infecções. Em seguida, monte o animal em uma máquina de estereotaxia e, em seguida, coloque uma barra de ouvido no canal auditivo. Usando um bisturi, faça uma incisão caudal na linha média de aproximadamente dois centímetros ao longo do crânio entre as orelhas.
Em seguida, use hemostáticos para cortar as abas da pele, expondo o crânio, e use um bisturi para remover o tecido. Quando o crânio estiver limpo, use uma ferramenta rotativa para fazer oito orifícios de aproximadamente 0,7 milímetros de diâmetro nos lobos frontal, parietal e occipital e no cerebelo nos hemisférios esquerdo e direito do osso exposto. Em seguida, aparafuse oito eletrodos de eletrocorticograma nos orifícios para detecção focal de epilepsia.
Em um grupo separado de ratos, faça três furos e coloque dois eletrodos de eletroencefalograma de parafuso sobre os lobos frontal e parietal direito dos córtices com as mesmas coordenadas do primeiro grupo. Em seguida, coloque um terceiro eletrodo de eletroencefalograma sobre o cerebelo esquerdo para aterrar o animal e reduzir os artefatos de sinal. Separe a pele e o músculo do pescoço e insira dois eletrodos de eletromiograma no músculo do pescoço.
Faça outro orifício no crânio e coloque uma cânula guia de microinjeção no núcleo central esquerdo da amígdala. Em seguida, faça um orifício de 1,6 milímetro no crânio e insira um termosster calibrado de 30 quilovolts na superfície do córtex parietal para monitorar a temperatura cortical. Encaminhe os eletrocorticos isolados e os eletrodos do eletromiograma para um pedestal.
Usando acrílico dental para cimentar o pedestal, guie a cânula até o crânio e, em seguida, conecte o termoster à corda. Em seguida, trate a incisão topicamente com polisporina para prevenir a infecção e dê aos animais água suplementada com ibuprofina e penicilina G por uma semana após a cirurgia. Para induzir a epilepsia focal do lobo temporal, use uma bomba de microinjeção para administrar 0,5 microlitros de pilocarpina no núcleo central esquerdo da amígdala através da cânula guia de injeção a 0,2 microlitros por minuto.
Para induzir epilepsia generalizada com estado de mal epiléptico recorrente, injete 300 miligramas por quilograma de pilocarpina IP. Para acupuntura, primeiro localize manualmente os pontos de acupuntura. Por exemplo, os pontos de acupuntura do feng chi estão localizados a três milímetros de distância da linha mediana posterior entre as orelhas do pescoço. Depois de confirmar uma baixa impedância da pele nos pontos de acupuntura de interesse, insira agulhas de aço inoxidável nos pontos de acupuntura a uma profundidade de dois milímetros.
Em seguida, usando um estimulador elétrico funcional, forneça um trem de 10 hertz de pulsos bifásicos de 150 milissegundos com uma intensidade de um miliampere para os pontos de acupuntura através da agulha. Aqui, é mostrado um eletrocorticograma epileptiforme predominante adquirido do eletrodo do eletrocorticograma no lobo parietal do hemisfério esquerdo. Após a administração de pilocarpina, atividades epilépticas raras são captadas do restante dos eletrodos de eletrocorticograma, indicando uma indução bem-sucedida da epilepsia focal do lobo temporal.
Em cinco minutos, ocorrem efeitos colinérgicos graves no comportamento, aumentando gradualmente em gravidade até que ocorra uma convulsão generalizada com eletrocorticograma seguida por um evento de estado de mal epiléptico. Nenhum eletrocorticograma epileptiforme é observado durante o período escuro após a primeira injeção de penttileno tetrasol, ou durante o segundo período escuro em um dia de folga para injeção até a quinta injeção de penttileno tetrasol, juntamente com epilepsia generalizada espontânea e recorrente. A vigília exibe um eletromiograma de alta amplitude e uma abundância de atividade locomotora, com um aumento gradual na temperatura cortical à medida que o estado vigilante transita do sono não REM ou REM para a vigília.
O sono não REM é caracterizado por eletrocorticogramas sincronizados com alta amplitude e baixa frequência, com declínio gradual da amplitude do eletromiograma e sem atividade locomotora, bem como diminuição da temperatura cortical à medida que o estado vigilante transita da vigília para o sono NREM. Durante o sono REM, a onda do eletrocorticograma é dessincronizada com uma amplitude reduzida. A densidade de potência predominante do eletroencapalograma ocorre dentro da frequência.
A atividade do eletromiograma é a mais baixa, a contração do corpo fásico é observada e a temperatura cortical aumenta rapidamente. A administração de 100 hertz de eletroacupuntura nos pontos de acupuntura bilaterais do feng chi exacerba os eletrocorticogramas epileptiformes induzidos por pilocarpina, enquanto 10 hertz de eletroacupuntura suprimem os eletrocorticogramas epileptiformes. Além disso, a administração de pilocarpina no núcleo central esquerdo da amígdala também suprime o sono não REM durante o período de luz do ciclo claro/escuro de 12 horas.
100 hertz de eletroacupuntura deterioram ainda mais a supressão induzida pela pilocarpina do sono não REM. Em contraste, uma eletroacupuntura de 10 hertz nos pontos de acupuntura bilaterais do feng chi aumenta o sono não REM per se durante o período escuro e bloqueia a redução induzida pela pilocarpina do sono não REM durante o período de luz. Uma vez dominada, essa técnica pode ser concluída em uma hora e meia se for executada corretamente.
Antes de tentar este procedimento, é importante praticar a habilidade da cirurgia estereotáxica até a proficiência. Após seu desenvolvimento, essa técnica abre caminho para que os pesquisadores do campo da neurociência explorem os efeitos da acupuntura na epilepsia e nos distúrbios do sono. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como implantar cirurgicamente eletrodos de eletroencefalo e eletromiograma, uma cânula-guia e um semestre para avaliar os padrões de sono e outros efeitos da acupuntura na atividade cerebral.
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Visão Geral
Este estudo avalia os efeitos da acupuntura na epilepsia e no sono em modelos de roedores. Detalha os procedimentos para acupuntura e a indução de epilepsia usando pilocarpina ou pentilenetetrazol (PTZ).
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Análise Comportamental
- Eletrfisiologia
Antecedentes
- A acupuntura é investigada como um tratamento potencial para epilepsia.
- A análise do sono é fundamental para compreender condições neurológicas.
- Modelos de roedores são comumente utilizados na pesquisa em neurociência.
- O eletrocorticograma (ECoG) e o eletromiograma (EMG) são técnicas essenciais para monitorar a atividade cerebral e muscular.
Objetivo do Estudo
- Avaliar o impacto da acupuntura na epilepsia em roedores.
- Analisar os padrões de sono em relação à epilepsia.
- Demonstrar a viabilidade desses métodos em modelos de animais pequenos.
Métodos Utilizados
- Indução de epilepsia utilizando pilocarpina ou pentilenetetrazol (PTZ).
- Gravação do eletrocorticograma (ECoG) e eletromiograma (EMG).
- Monitoramento da temperatura cerebral e atividade locomotora.
- Procedimento de acupuntura e identificação de pontos de acupuntura.
Resultados Principais
- Indução bem-sucedida de epilepsia em modelos roedores.
- Análise detalhada dos padrões de sono após tratamento com acupuntura.
- Demonstração da eficácia do procedimento de acupuntura.
- Informações sobre a relação entre acupuntura e manejo da epilepsia.
Conclusões
- A acupuntura pode ter efeitos benéficos sobre a epilepsia e o sono em roedores.
- Os métodos utilizados fornecem uma estrutura confiável para pesquisas futuras.
- São necessários mais estudos para explorar os mecanismos subjacentes.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A manipulação quantitativa e o monitoramento de ECoGs epileptiformes e estados de sono em modelos de roedores permitem a investigação rigorosa de mecanismos neurofisiológicos relevantes para a descoberta de fármacos para o SNC. Este fluxo de trabalho oferece confiança preditiva na validação de alvos e na redução de riscos mecanicistas para pipelines de epilepsia e distúrbios do sono. A integração da acupuntura como um modulador fornece uma plataforma única para avaliar intervenções não farmacológicas em pesquisas neurocientíficas translacionais.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a avaliação direta de desfechos neurofisiológicos em modelos de roedores relevantes para a doença.
- Apóia a desvinculação mecanicista ao isolar os efeitos de intervenções na atividade epileptiforme e na arquitetura do sono.
- Facilita a validação funcional do alvo por meio de leituras quantitativas de ECoG e EMG.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Estabelece ensaios eletrofisiológicos e comportamentais validados para triagem de compostos ou intervenções.
- Fornece critérios padronizados para classificação dos estados de vigília, apoiando a reprodutibilidade e a transferibilidade dos ensaios.
- Permite a medição quantitativa dos efeitos de intervenções sobre parâmetros de convulsão e sono.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha os resultados de modelos em roedores com biomarcadores translacionais, como assinaturas de ECoG e EMG.
- Apoia a continuidade do descobrimento mecanicista até a validação pré-clínica de intervenções no SNC.
- Informa decisões de avanço ajustadas ao risco ao quantificar o impacto da intervenção em desfechos relevantes para a doença.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Esta metodologia conecta a fase inicial de descoberta e a validação pré-clínica ao permitir testes orientados por hipóteses de intervenções em modelos estabelecidos de epilepsia e sono em roedores.
- Biologia da Descoberta: Fornece uma plataforma para testar a hipótese nula sobre os efeitos de intervenções em desfechos neurofisiológicos.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas e reprodutíveis de ECoG e EMG para comparação entre condições.
- Análises: Permite a análise estatística de variáveis dependentes, como frequência de convulsões e duração das fases do sono.
- Pesquisa Translacional: Conecta dados eletrofisiológicos de roedores a biomarcadores relevantes para humanos em epilepsia e distúrbios do sono.
- Reutilização Empresarial: Oferece um fluxo de trabalho reutilizável para avaliar diversas intervenções direcionadas ao SNC in vivo.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva na validação de alvos no sistema nervoso central e na compreensão mecanicista.
- Valor Operacional: Padroniza a implantação de eletrodos, a aquisição de dados e a classificação dos estados de vigília para garantir reprodutibilidade.
- Valor Estratégico: Permite decisões informadas de avançar/não avançar ao quantificar os efeitos da intervenção em desfechos neurofisiológicos-chave.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco de programas no sistema nervoso central com base em dados robustos in vivo.
Considerações sobre a Implementação
- Exige proficiência em cirurgia estereotáxica e manejo de pequenos animais.
- Requer acesso a sistemas de registro eletrofisiológico e software analítico.
- Necessita padronização entre equipes na colocação dos eletrodos e na interpretação dos dados.
- A adaptação a diferentes linhagens de roedores ou modelos de doenças pode exigir otimização do protocolo.
- As limitações práticas incluem a curva de aprendizado cirúrgico e a variabilidade potencial na localização dos pontos de acupuntura.
