The mechanism underlying the therapeutic effects of Deep Brain Stimulation (DBS) surgery needs investigation. The methods presented in this manuscript describe an experimental approach to examine the cellular events triggered by DBS by analyzing the gene expression profile of candidate genes that can facilitate neurogenesis post DBS surgery.
गहरी मस्तिष्क उत्तेजना (डीबीएस) सर्जरी, ऐसे बेसल ganglia, चेतक, और सबथैलेमिक क्षेत्रों के रूप में मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों को लक्षित करने, दवा के लिए प्रतिक्रिया करने में विफल रहा है कि कई आंदोलन विकारों के लिए एक प्रभावी उपचार है। डीबीएस सर्जरी के क्षेत्र में हाल की प्रगति रुग्ण मोटापा, अवसाद और जुनूनी बाध्यकारी विकार के रूप में के रूप में विविध अन्य शर्तों के लिए इस सर्जरी तकनीक के आवेदन का विस्तार करने के लिए शुरू हो गया है। इन के विस्तार के संकेत के बावजूद, थोड़ा डीबीएस सर्जरी के लाभदायक प्रभाव की सुविधा है कि अंतर्निहित शारीरिक तंत्र के बारे में जाना जाता है। इस सवाल का एक दृष्टिकोण बिजली की उत्तेजना को प्राप्त है कि न्यूरॉन्स में जीन की अभिव्यक्ति विश्लेषण करने के लिए है। पिछले अध्ययनों चूहे दांतेदार गाइरस में है कि न्यूरोजेनेसिस चेतक एक के पूर्वकाल नाभिक की लक्षित कर डीबीएस में हासिल कर रहा है पता चला है। एटीएन को लक्षित डीबीएस सर्जरी उपचार आग रोक मिर्गी के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाता है। यह इस प्रकार बहुत interes की हैहमारे लिए टी विद्युत एटीएन उत्तेजक द्वारा प्रेरित ट्रांसक्रिप्शनल परिवर्तन का पता लगाने के लिए। इस पांडुलिपि में, हम वयस्क पुरुष Wistar चूहों में एटीएन को लक्षित stereotactically निर्देशित डीबीएस सर्जरी के लिए हमारे तरीके का वर्णन है। हम यह भी जीन एक्सप्रेशन परिवर्तनों को मापने के लिए ऊतक विच्छेदन, आरएनए अलगाव, सीडीएनए तैयारी और मात्रात्मक आरटी पीसीआर के लिए बाद के चरणों पर चर्चा की। इस विधि को लागू किया है और आमतौर पर चिकित्सकीय लक्षित बेसल ganglia और मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों उत्तेजक के लिए संशोधित किया जा सकता है। यहाँ वर्णित जीन अभिव्यक्ति अध्ययन डीबीएस के लिए तंत्र का निर्देशन किया जा सकता है कि आणविक खिलाड़ियों की खोज के लिए एक उम्मीदवार लक्ष्य जीन दृष्टिकोण रखती है।
विद्युत मस्तिष्क circuitry उत्तेजक की संभावना 2 का पता लगाया गया था जब एक तंत्रिकाशल्यक तकनीक के रूप में गहरी मस्तिष्क प्रोत्साहन के विकास के पीछे इतिहास वापस 1870 के लिए तारीखों। न्यूरोनल विकारों के लिए इलाज के रूप में पुरानी उच्च आवृत्ति उत्तेजना का उपयोग 1960 के दशक के तीन में शुरू कर दिया। बाद में पुरानी आरोपण डीबीएस इलेक्ट्रोड 4-6 के आगमन के साथ 1990 के दशक में, डीबीएस द्वारा इलाज किया गया है कि न्यूरोनल विकारों की संख्या में वृद्धि करने के लिए जारी रखा। डीप ब्रेन उत्तेजना पहले आवश्यक कंपन 6 के लिए एक इलाज के रूप में संयुक्त राज्य अमेरिका में इस्तेमाल किया गया था। आज सर्जरी वर्तमान में औषधीय हस्तक्षेप से untreatable हैं कि न्यूरोनल विकारों के इलाज के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाता है। डीबीएस वर्तमान में पार्किंसंस रोग और दुस्तानता 7-9 के आंदोलन विकारों के इलाज के लिए प्रयोग किया जाता है। अल्जाइमर प्रकार मनोभ्रंश, हंटिंग्टन रोग, मिर्गी, दर्द और neuropsychiatric रोगों जैसे अवसाद, ओसीडी, Tourette7; सिंड्रोम और लत डीबीएस 10-12 से उपचार के लिए उत्तरदायी शर्तों में से कुछ हैं। डीबीएस सर्जरी एफडीए पार्किंसंस रोग, dystonia और आवश्यक कंपन के इलाज के लिए मंजूरी दे दी है, वहीं अन्य उपरोक्त शर्तों के इलाज के लिए डीबीएस के उपयोग के रोगियों 13,14 करने के लिए बहुत वादा पेशकश प्रयोगशाला के विभिन्न चरणों और नैदानिक अध्ययन में हैं।
चिकित्सकीय, डीबीएस सर्जरी दो चरणों में किया जाता है। पहले चरण शल्य चिकित्सा रेडियोलॉजिकल स्थिति के संयोजन का उपयोग लक्षित संरचनात्मक स्थान पर डीबीएस इलेक्ट्रोड स्थिति शामिल है, सीटी, एमआरआई साथ ही बढ़ाया परिशुद्धता के लिए microelectrode रीडिंग। दूसरे चरण में रोगी के सीने के ऊपरी हिस्से में एक पल्स जनरेटर दाखिल करना शामिल है और स्थापित एक्सटेंशन पल्स जनरेटर के लिए खोपड़ी से होता है। स्नायविक शर्त के आधार पर, पल्स जनरेटर के लिए कई प्रोग्रामिंग योजनाओं मानकीकृत किया गया है और वांछित वोल्टेज देने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा। अंतिम वॉल्यूमकम से कम वोल्टेज 15 के साथ सबसे अच्छा नैदानिक प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए इतनी के रूप में Tage एक stepwise फैशन में पहुँच जाता है। हालांकि, हमारे अध्ययन में, पुरानी डीबीएस प्रत्यारोपण के विपरीत सादगी के लिए, चिकित्सकीय इस्तेमाल किया है, हम अपने पशु मॉडल में (1 घंटे के लिए) एक बार की उच्च आवृत्ति उत्तेजना का अध्ययन करने के लिए सहारा है।
हमारे समूह के अनुसंधान के भाग के उपचार-दुर्दम्य मिर्गी के लिए डीबीएस सर्जरी के उपयोग की जांच पर केंद्रित है। उच्च आवृत्ति उत्तेजना का उपयोग कर स्टीरियोटैक्टिक शल्य दृष्टिकोण मिर्गी 10,16,17 के सभी घटनाओं के बारे में 30% का गठन किया है, जो चिकित्सकीय आग रोक मिर्गी के इलाज के लिए एक प्रभावी विकल्प के रूप में कई अन्य लोगों के द्वारा पता लगाया गया है। गहरी अनुमस्तिष्क नाभिक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से cortical सतह को लक्षित अनुमस्तिष्क उत्तेजना मिर्गी 10,18,19 के इलाज के लिए लक्ष्य के रूप में अतीत में इस्तेमाल किया गया है। इसके अलावा, हिप्पोकैम्पस उत्तेजना भी कोशिश की, लेकिन मिश्रित परिणाम 20,21 के साथ किया गया है। अन्य में से कुछ की जांच कीमिर्गी के लिए डीबीएस लक्ष्य सेरेब्रल कॉर्टेक्स, चेतक, सबथैलेमिक नाभिक और वेगस तंत्रिका आठ शामिल हैं। हालांकि, पिछले कुछ वर्षों में कई अध्ययनों से निम्न परिणाम, पूर्वकाल thalamic नाभिक (एटीएन) मिर्गी के इलाज 10,22 के लिए सबसे आम डीबीएस लक्ष्य के रूप में उभरा है। Neuroanatomical circuitry और पशु मॉडल से निष्कर्षों के बारे में ज्ञान के आधार पर, कई अध्ययनों मिर्गी 23-26 के उपचार में एटीएन की गहरी मस्तिष्क प्रोत्साहन के उपचारात्मक प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है। एटीएन लिम्बिक सर्किट का हिस्सा है और जब्ती आवृत्ति को प्रभावित करता है कि मस्तिष्क के क्षेत्र में स्थित है। द्वारा Hamani एट अल। स्टडीज, एक pilocarpine प्रेरित मिर्गी मॉडल में एटीएन-डीबीएस की प्रभावकारिता परीक्षण किया और द्विपक्षीय एटीएन उत्तेजना pilocarpine प्रेरित बरामदगी और स्थिति एपीलेप्टीकस 24 के लिए सुप्तावस्था लंबे समय तक कि मिल गया है। इसके अलावा, एटीएन के उच्च आवृत्ति उत्तेजना ईपी के pentylenetetrazol (PTZ) मॉडल में जब्ती आवृत्ति कम पाया गया था25,27-29 ilepsy। ली एट अल।, आग रोक आंशिक मिर्गी 30 के उपचार में एटीएन के जीर्ण गहरी मस्तिष्क उत्तेजना पर के बारे में 75% की जब्ती आवृत्ति में एक मतलब कमी की सूचना है।
उपचार-दुर्दम्य मिर्गी पर हाल ही में एक नैदानिक अध्ययन पूर्वकाल thalamic नाभिक (एटीएन) 22 को लक्षित डीबीएस सर्जरी के बाद आशाजनक परिणाम दिखाया गया है। उपचार आग रोक मिर्गी (SANTE परीक्षण) के लिए एटीएन के द्विपक्षीय डीबीएस के दौर से गुजर 110 रोगियों के साथ एक multicenter यादृच्छिक चिकित्सीय परीक्षण लगभग 40% 31 से जब्ती आवृत्ति में एक बूंद संकेत दिया। इस अध्ययन के परिणामों से भी 2-3 महीने के बाद सर्जरी में मनाया एक देरी इष्टतम विरोधी मिरगी प्रभाव पर संकेत दिया। टोडा एट अल द्वारा आगे की पढ़ाई है।, वे पशु मॉडल एक में एक बाद में समय के बाद डीबीएस (दिनों 3-5) पर हो रहा न्यूरोजेनेसिस का प्रदर्शन किया, जहां इन निष्कर्षों के साथ पुष्टि की। इसके अलावा, Encinas एट अल।, हिप्पोकैम्पस neurogene सूचना दी हैएटीएन 32 के उच्च आवृत्ति उत्तेजना के बाद वयस्क माउस दांतेदार गाइरस में बहन। पिछले अध्ययनों 33-35 ऐसे पुरानी टेम्पोरल लोब मिर्गी और सीखने के घाटे के साथ एक संघ, स्मृति हानि और सहज बारम्बार मोटर बरामदगी के रूप में कुछ मिरगी मामलों में हिप्पोकैम्पस न्यूरोजेनेसिस गिरते सूचना दी है। इसके अलावा, इस तरह के पशु मॉडल 33 में लंबे समय से मिरगी हिप्पोकैम्पस में FGF2 और IGF-1 के रूप में तंत्रिका स्टेम सेल पूर्वज कारकों में एक कमी थी। इस ध्यान में रखते हुए, दांतेदार गाइरस में न्यूरोजेनेसिस की एक वृद्धि बताते हैं कि इस तरह के डीबीएस के रूप में हस्तक्षेप रणनीतियों अनुसंधान के लिए रोमांचक रास्ते हैं। इन निष्कर्षों को मिर्गी के लिए तंत्र अंतर्निहित न्यूरोजेनेसिस के बाद डीबीएस उपचार में आगे गहरा का पता लगाने के लिए प्रोत्साहित किया है। हम (प्रतिनिधि परिणामों में) (डेटा रिपोर्ट नहीं) के साथ-साथ द्विपक्षीय स्तर पर दोनों एकतरफा एटीएन लक्षित और चूहे दांतेदार गाइरस में देखा बुलंद neurotrophin (BDNF) अभिव्यक्ति है। हमारे गurrent परिकल्पना BDNF अभिव्यक्ति डीबीएस सर्जरी के विरोधी मिरगी प्रभाव अनुवाद करने के लिए कि न्यूरोजेनेसिस में खत्म है कि एक जीन की अभिव्यक्ति झरना शुरू की है। इस पत्र में, हम डीबीएस के लाभों के अंतर्निहित तंत्र का अध्ययन करने के लिए एक आकर्षक दृष्टिकोण के रूप में जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण के बाद चूहों में एटीएन को लक्षित डीबीएस सर्जरी के लिए हमारे तरीके प्रस्तुत करते हैं।
Benabid एट अल द्वारा मील का पत्थर काम के बाद। पार्किंसंस रोग और आवश्यक कंपन के इलाज के लिए गहरी मस्तिष्क की उत्तेजना का उपयोग करने में, डीबीएस सर्जरी तकनीक कई स्नायविक विकारों 6,10,43 के इलाज के लिए प?…
The authors have nothing to disclose.
We are grateful for the support of the NREF foundation.
Deep Brain Stimulation Surgery | |||
Reagent/Equipment | Vendor Name | Catalog No. | Comments |
Stereotactic frame | Kopf Instruments | Model 900 | |
Drill | Dremmel | 7700, 7.2 V | |
Scalpel | BD | 372610 | |
Ketamine | Patterson Veterinary | 07-803-6637 | Schedule III Controlled Substance, procurement, use and storage according to institutional rules |
Xylazine | Patterson Veterinary | 07-808-1947 | |
Buprenorphine | Patterson Veterinary | 07-850-2280 | Schedule III Controlled Substance, procurement, use and storage according to institutional rules |
Surgical staples | ConMed Corporation | 8035 | |
Sutures (3-0) | Harvard Apparatus | 72-3333 | |
Syringe (1 ml, 29 1/2 G) | BD | 329464 | Sterile, use for Anesthesia administration intraperitoneally |
Syringe (3 ml, 25 G) | BD | 309570 | Sterile, use for Analgesia administration subcutaneously |
Needles | BD | 305761 | Sterile, use for clearing broken bone pieces from the burr holes |
Ethanol | Fisher Scientific | S25309B | Use for general sterilization |
Eye Lubricant | Fisher Scientific | 19-898-350 | |
Stimulator | Medtronic | Model 3628 | |
DBS electrodes | Rhodes Medical Instruments, CA | SNEX100x-100mm | Electrodes are platinum, concentric and bipolar |
Betadine (Povidone-Iodine) | PDI | S23125 | Single use swabsticks, use for sterilizing the scalp before making incision |
Brain Dissection and Hippocampal tissue isolation | |||
Reagent/Equipment | Vendor Name | Catalog No. | Comments |
Acrylic Rodent Brain Matrix | Electron Microscopy Sciences | 175-300 | www.emsdiasum.com |
Razor Blade | V W R | 55411-050 | |
Guillotine Scissors | Clauss | 18039 | For decapitation, make sure these scissors are maintained in clean and working condition |
Scissors | Codman Classic | 34-4098 | Use for removing the brain from the skull |
Forceps | Electron Microscopy Sciences | 72957-06 | Use for removing the brain from the skull and for handling during dissection |
Phosphate Buffered Saline | Boston Bioproducts | BM-220 | |
RNA Extraction and cDNA Preparation | |||
Reagent/Equipment | Vendor Name | Catalog No. | Comments |
Tri Reagent | Sigma | T9424 | Always use in a fume hood and wear protective goggles while handling; avoid contact with skin |
Syringe (3 ml, 25 G) | BD | 309570 | Use for tissue homogenization |
Chloroform | Fisher Scientific | BP1145-1 | Always use in a fume hood and wear protective goggles while handling; avoid contact with skin |
Isopropanol | Fisher Scientific | A416-1 | |
Glycogen | Thermo Scientific | R0561 | |
Dnase I Kit | Ambion | AM1906 | |
Superscript First Strand Synthesis Kit | Invitrogen | 11904-018 | |
Tabletop Microcentrifuge | Eppendorf | 5415D | |
Quantitative PCR | |||
Reagent/Equipment | Vendor Name | Catalog No. | Comments |
SYBR Green PCR Kit | Qiagen | 204143 | |
Custom Oligos | Invitrogen | 10668051 | |
PCR Plates (96 wells) | Denville Scientific | C18080-10 | |
Optical Adhesive Sheets | Thermo Scientific | AB1170 | |
Nuclease free Water | Thermo Scientific | SH30538-02 | |
Real Time PCR Machine | Applied Biosystems | 7500 |